Оптические волны в кристаллах - Ярив А.
Скачать (прямая ссылка):
27-631 і 418
Глава 5
(X = 6328 A) в пределах угла 4°. При этом была получена полоса Af = 550 МГц. При типичной постоянной времени 2 мс число разрешимых элементов приблизительно равно 1000. Соответствующие экспериментальные результаты приведены на рис. 10.8.
10.2.2. ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ДЕФЛЕКТОРЫ ПУЧКА
Недавно была продемонстрирована [11] возможность брэгговского взаимодействия между поверхностными акустическими волнами и оптическими направляемыми волнами (см. гл. 11) в тонкопленочных диэлектрических волноводах. Поскольку эффективность дифракции г) [см (10.1.11)] зависит от интенсивности звука Ia, локализация акустической энергии вблизи поверхности (на глубине ~Л) приводит к низкой мощности модуляции или переключения. На рис. 10.9 схематически изображена экспериментальная установка, в которой как поверхностная звуковая волна, так и оптическая волна направляются в одном кристалле LiNbO3. Диэлектрический волновод образуется вследствие диффузии Li из поверхностного слоя порядка 10 мкм, что приводит к увеличению показателя преломления в этой области. На рис. 10.10 представлена фотография пятен отклоненных световых пучков, когда частота звука в дефлекторе изменялась
РИС. 10.9. Акустооптическая брэгговская дифракция направляемых волн на двух наклонных поверхностных акустических волнах [12]. Акустооптические устройс г ва
419
РИС. 10.10. Неотклонеиный и отклоненный световые пучки в дальнем поле, а — не-отклоненный световой пучок; б — положения отклоненных световых пучков (пятен) при изменении частоты звуковой волны от 155 до 410 МГц с интервалом 15 МГц. (Из работы [13], copyright 1976 IEEE.)
с помощью трех преобразователей, создающих наклонные поверхностные акустические волны [13]. Были получены случайная постоянная времени т = 1,24 мкс и ширина полосы 358 МГц, что соответствует 400 разрешимым пятнам пучка.
Поверхностный акустооптический дефлектор пучка является главным элементом в анализаторе спектра ВЧ-сигналов (см. разд. 10.4).
10.3. АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ФИЛЬТРЫ
Создание перестраиваемых спектральных фильтров — это еще одна важная область применения акустооптического взаимодействия. Акустооптические перестраиваемые фильтры используют, как правило, широкоугольное акустооптическое взаимодействие одинаково направленных волн. Сильное акустооптическое взаимодействие происходит только при выполнении условия Брэгга (условия сохранения импульса). Если падающий пучок состоит из многих спектральных составляющих, то при данной акустической частоте только для одной из них будет выполняться условие Брэгга. Иными словами, лишь одна спектральная составляющая будет дифрагировать при данной акустической частоте. Следовательно, изменяя частоту звука, можно изменять также частоту (или длину волны) дифрагированного оптического пучка. Относительн&я величина мощности падающего пучка, преобразуемая в дифрагированный пучок на длине взаимодействия L, в соответствии с выражением (9.5.49) имеет вид
(10.3.1)
1 + (Д/8/2К12)2 і 420
Глава 5
где K12 — значение постоянной связи, определяемой выражением (9.5.46), а A? — рассогласование импульса:
A? = - ?2 ± К. (10.3.2)
Здесь /J1 и ?2 — составляющие волновых векторов падающего и дифрагированного пучков соответственно вдоль направления распространения акустической волны. Пусть и в2 — углы, которые оптические волновые векторы составляют с волновым фронтом звуковой волны, так что
0 и . 2п .
Pi = -W1SUlff1 = -T-W1SUlff1, С Л
, (10.3.3)
п ш • /і 2 ff . .
P2 = -W2Sinff2 = -r-w2sinff2, С Л
где W1 и W2 — показатели преломления, отвечающие падающей и дифрагированной волнам соответственно. Условие сохранения импульса (условие Брэгга) A? = 0 принимает вид
^(«2sin02 - If1Sintf1) = (10.3.4)
где /— частота звука, а и — его скорость в среде.
Из выражения (10.3.4) видно, что волновое число (2ж/\) дифрагированного света пропорционально частоте звука /. Идеальный акустооптический перестраиваемый фильтр обычно работает в условиях, когда
K12L=^ff, (10.3.5)
т. е. при выполнении условия фазового синхронизма A? = 0 (10.3.4) мощность падающей световой волны целиком переходит в дифрагированную. Подставляя выражение (10.3.5) для к12 в (10.3.1), эффективность преобразования мощности (10.3.1) можно переписать в виде
sin2Uff/l + (A?L/ir)2 j
T = -L----L. (10.3.6)
1 + (A?L/ir)2 Акусгооп гические устройства
421
Таким образом, эффективность преобразования падает до 50%, когда
A?L = ±0,80тг; (10.3.7)
здесь L — длина взаимодействия оптического и акустического полей. С учетом (10.3.4) и (10.3.7) это соответствует ширине полосы (ширине на полувысоте максимума)
а л 0,80Л2
АЛ'/2° KSing2-H1Sing1IL' (10-3'8)
которая в случае коллинеарного взаимодействия (0, — в2 = ж/2) принимает вид
Д1 0,80 X2 ,
ДЛ|/2 = -д—(коллинеарное взаимодействие). (10.3.9)
Из (10.3.8) и (10.3.9) мы видим, что ширина полосы пропускания обычно пропорциональна длине взаимодействия L. На рис. 10.11 построены зависимости пропускания фильтра T (или эффективно-
