Акустооптические устройства и их применение - Магдич Л.Н.
Скачать (прямая ссылка):
80
ориентирован так, что пропускает только этот луч. Область про* зрачности фильтра составила 80 нм на Я0=0,514 мкм. Для возбуждения акустической волны в фильтре использовались два сдвиговых пьезопреобразователя из ниобата лития, настроенные на частоты 75 и 145 МГц. Благодаря этому удалось получить перестройку часто-
Л0,мхм
Рис. 4.10. Зависимость длины волны настройки фильтра от акустической частоты
7-10'
6-10'1
5'10
№ ЪМГц
Рис. 4.Н. Область пропускания фильтра при различных уровнях управляющей мощности.
Точке 0 по оси абсцисс соответствует длина волны Аю=0,6328 мкм
ты в очень большом диапазоне от 54 до 175 МГц, что соответствует перестройке длины волны пропускания от 0,63 до 0,25 мкм.
Недостатком прибора является чрезвычайно низкая эффективность, определяемая фотоупругой константой /745 и относительно небольшой длиной пути взаимодействия света и звука, что связано с различными направлениями их групповых скоростей.
6-357 81
Увеличить эффективность фильтра можно отказав шись от условия коллинеарности фазовых скоростей, но потребовав его для групповых скоростей света и звука. Такой подход, описанный в работе [53], позволяет также за счет увеличения пути акустооптического взаимодействия, в соответствии с выражением (4.3), получить более высокое разрешение. При расчете геометрии взаимодействия фильтра очень важно обеспечить работоспо-
Рис. 4.12. Коллинеарный фильтр на кристаллическом кварце:
/ - поляризатор; 2 - анализатор; 3 - пьезопреобразователи; 4 - кристалл кварца; 5 - звукопоглотитель
собность в широком диапазоне углов падающего света. Для того, чтобы фильтром были пропущены все угловые компоненты с длиной волны, соответствующей данной частоте звука fo, необходимо выполнить условие
df *=0, (4.4)
f=fo
да
где fo=(v/Xo)An; Ап=\п0-пе|; а-угол, отсчитываемы!! от основного направления светового луча на входе Условие (4.4), эквивалентное
д\Ап\/да=0, (4.5)
автоматически выполнялось в приборах с коллинеарны-ми фазовыми скоростями [51, 52], в которых излучение распространялось перпендикулярно оптической оси кристалла. Для других направлений света реализация (4.5) ограничивает возможный выбор направления распространения света и звука относительно кристаллографических осей. Кроме того учет требований закона сохранения энергии-импульса и коллинеарности направлений групповых скоростей света и звука позволяет определить единственное направление взаимодействия света и звука. Численный расчет, проведенный в [53], дает угол с осью [001] в кристаллическом кварце, равный 101°, звук и свет распространяются в плоскости (100),
82
Экспериментально изготовленный фильтр, использующий кристаллический кварц, имел длину взаимодействия звука и света 10 см при угловой апертуре не (менее 3° и разрешении 34 нм на длине волны света 0,63 мкм. Эффективность дифракции около 90% при мощности управляющего сигнала 1-5 Вт.
Высокий коэффициент акустооптического качества парателлури-та позволил отказаться от условия коллинеарности групповых скоростей, сохранив при этом достаточную эффективность дифракции [54]. Одновременно, правда, уменьшилось разрешение фильтра, зависящее от длины пути акустооптического взаимодействия. Отли- \001](0птическаяось) чительной особенностью фильтра является широкая угловая апертура. Это обеспечивается таким выбором направления волнового вектора звуковой волны, при котором рассогласование волновых векторов из-за расходимости света комлевойр у е тс я со о тв етств у ю щ и м изменением двулучепреломления.
Работу фильтра иллюстрирует векторная диаграмма рис. 4.13. Направление звуковой волны выбрано так, чтобы касательные к кривым были параллельны, тогда небольшие изменения направления волнового вектора падающего света не приводят к нарушению условия сохранения импульса.
Конструкция фильтра показана на рис. 4.14. Сдвиговая акустическая волна распространялась в плоскости (110), ее нормаль составляла с осью [110] угол 10°. Поляризация сдвиговой звуковой волны, как и в анизотропном дефлекторе на парателлурите, совпадает с направлением [110]. Линейно поляризованный свет падает на входную поверхность кристалла, наклоненную к плоскости (001) под углом 20,7°. Резонансная частота пьезопреобразователя
Рис. 4.13. Векторная диаграмма, иллюстрирующая работу неколлинеарного фильтра на парателлурите
Рис. 4.14. Неколлинеарный фильтр на монокристалле парателлурита:
1 пьезопреобразователь; 2 звукопоглотитель; 3 - кристалл парателлурита;
4 - поляризатор; 5 - анализатор '
6* 83
145 МГц. Йз-за акусФической анизотропии кристалла звуковой jlyti отклонялся на угол 64,3° от направления [110]. При изменении частоты управляющего сигнала от 100 до 180 МГц осуществлялась перестройка фильтра от 0,7 до 0,45 мкм. Полоса пропускания фильтра на длине волны 0,63 мкм составила 330 нм. Для обеспечения 95% прозрачности на этой длине волны потребовалась мощность управляющего сигнала всего 0,12 Вт. Угловая апертура фильтра ±7°. Поскольку прошедший и дифрагированный лучи выходят из кристалла под разными углами, для света с небольшой расходимостью (можно обойтись без анализатора.
