Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Выразив интенсивность звука через его мощность как
Рис. 15.1. Схема модуляторов, работающих в режиме Рамана-Ната (а) и в режиме Брэгга (б):
I - начальный луч, h и 1-\ - дифрагированные (рабочие) лучн
/зв = РзЛН, (15.1)
где L и Н - поперечные размеры звукового луча, определяемые (без учета расходимости луча) размерами пьезопреобразователя, и используя (14.47), получим
/i // = п = Бт2[(я/^)(2М2/зв)1/2]. (15.2)
Здесь интенсивность звука /зв есть интенсивность в зоне акустооптического взаимодействия, которая обычно находится на некотором расстоянии ? от пьезопреобразователя. Определяя мощность, которую пьезопреобразователь должен передать в среду Рзв(О), получим
Рзв(О) = РзВехр(у^) = [arcsin(r|1/2)](//X2/7t2LM2) ехр(у^). (15.3)
Поэтому при оценке мощности звука, необходимой для обеспечения требуемой глубины модуляции, коэффициент затухания у может играть роль не меньшую, чем Mi и геометрические размеры пьезопреобразователя.
Ширина полосы пропускания АО модулятора ДF (или предельная частота работы прибора Ртах) обычно определяется шириной полосы пропускания пьезопреобразователя ДРо. Однако ограничение по частотам сверху может возникать при меньших частотах, чем это определяется частотной характеристикой пьезопреобразователя. Действительно, если модуляция обеспечивается акустическими импульсами, при апертуре оптического луча d, интенсивность дифрагированного луча будет нарастать по мере заполнения апертуры оптического луча цугом акустических волн, фронт которого движется со скоростью звука V. Длительность нарастания интенсивности оптического 322
дифрагированного импульса х = dIV. Величина х определяет быстродействие АО прибора. Следовательно, предельная частота, которую может пропустить модулятор,
Fmax='r1=W. (15.4)
В этом случае для увеличения полосы пропускания можно уменьшить апертуру d, однако при некоторых предельных величинах rfmin это теряет смысл из-за увеличения расходимости оптического луча. Предельное значение можно определить как апертуру, при которой дифракционная расходимость оптического луча Д0о не превосходит расходимость акустического луча - Д0а. Оценивая расходимость оптического луча Д0о = )Jd и акустического луча Д0а = AJL, при условии XId < AIL для dmm получим drain > XL/A. Если Д0о начинает превосходить Д0а, то возрастает число фотонов, для которых не находятся соответствующие фононы, взаимодействие с которыми удовлетворяло бы условиям сохранения импульса, и эффективность дифракции снижается. Наиболее эффективному режиму работы модулятора соответствует отношение Д0о/Д0а = 1. Следует заметить, что при этом условии на распределение интенсивности по сечению дифрагированного луча (форму пятна) влияет распределение интенсивности звука по сечению акустического луча. Поэтому такой режим работы приемлем только в тех случаях, когда этот эффект не является существенным. Например, изменение распределения интенсивности в луче не важно, если задачей модулятора является интегральная модуляция света по амплитуде (измеряется интегральная интенсивность дифрагированного света).
Если возможности расширения AF с помощью уменьшения апертуры исчерпаны, то повышения AF можно добиться, увеличивая скорость звука, т.е. выбором материала. Этот путь далеко не всегда приемлем, так как выбор материала определяется группой параметров, среди которых не последнюю роль играют технологичность и возможность производства. Таким образом, для характеристики материала акустооптического модулятора следует прежде всего рассматривать коэффициент акустооптического качества Мг, скорость и затухание звука.
15.2. АКУСГООПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР
Отклонение оптического луча от первоначального направления распространения в результате АО дифракции [2, 4] может решать две основные задачи:
а) переключение направления распространения на угол дифракции, который при дифракции Брэгга определяется как
323
и*
sin0B = XF/2n V,
(15.5)
где V- скорость;
F- частота звуковых волн.
б) сканирование лучом в пространстве с монотонным изменением направления луча при монотонном изменении акустической частоты. Зависимость изменения угла распространения оптического луча Д9 от частоты звука AFполучим, взяв дифференциал от (15.5)
Таким образом, изменяя акустическую частоту, можно сканировать оптический луч в интервале углов Д9(АF), где AF = Fmax - ПОЛОСа пропускания.
В режиме дефлектора работают и анализаторы спектра частот, в которых информация о спектре акустических частот получается в виде углового распределения оптической интенсивности.
Важнейшей характеристикой дефлектора является его разрешающая способность N, которая определяется как число отдельных разрешимых положений луча в интервале углов отклонения A9(Fmax). Если для разрешения соседних положений луча он должен быть отклонен на угол Дф, то N = Д0/Дср. Минимальный угол отклонения, позволяющий разрешить два соседних положения луча, определяется дифракционной расходимостью и с точностью до коэффициента, близкого к единице, может быть записан как Дф = Xld, где d - апертура оптического луча. Разрешающую способность дефлектора в этом случае определяем по формуле
