Акустооптические устройства и их применение - Магдич Л.Н.
Скачать (прямая ссылка):
//0=5/зА'/тах- (3.12)
Заметим, что центральная рабочая частота /уо, т. е. та частота, на которой выполняется условие Брэгга, не совпадает с центром рабочего диапазона /о, определяемого из очевидного равенства Д/тах=2/з/о. В области Брэгга дефлектор имеет более узкую полосу. Так, при нижнем пределе дифракции Брэгга (Q=4jt) полоса дефлектора Д/ составляет всего
I Д/ = 0,75(о/]/ТЯ). (3.13)
Итак, для реализации максимальной полосы частот дефлектор должен работать в промежуточном режиме.
Формулы (3.9) и (3.11) определяют оптимальные параметры дефлектора. При уменьшении длины преобразователя L полоса дефлектора смещается в сторону более высоких частот и одновременно расширяется. Однако с уменьшением длины преобразователя уменьшается эффективность дифракции, а соответствующее увеличение управляющей мощности крайне нежелательно из-за тепловых искажений оптических характеристик акустооптического вещества. Кроме того, на высоких частотах увеличиваются потери звука в веществе, что также искажает дифрагированный луч.
3.3. Дефлектор в режиме линейного сканирования
В § 3.1 было показано, что быстродействие (время переключения) дефлектора при произвольном изменении акустической частоты (произвольной выборке) определяется временем пробега акустической волны через световое поле. Большее быстродействие может быть
Достигнуто s to to случае, если акусТооптический дефлек тор работает в режиме линейного сканирования света [32, 33]. Этот режим отличается от рассмотренного -(дискретного) тем, что акустическая частота, меняясь во времени по пилообразному закону, вызывает непрерыв ное сканирование отклоненного пучка.
Предположим, что пилообразное изменение акустической частоты Дf происходит с периодом Т. Предположим также, что время обратного хода пилы равняется нулю. В момент скачкообразного изменения частоты возникает переходный процесс длительностью т, и для отклонения света фактически используется лишь часть частотного интервала Д/1=Д/(1-т/Г). Согласно
(3.6) число разрешенных пятен определится формулой
где No - разрешающая способность этого же дефлекто-тора в дискретном режиме; т\=х1Т. Ухудшение разрешения дефлектора компенсируется значительным увеличением его быстродействия. Различают среднее быстродействие (среднее число пятен, сканируемых за единицу времени): Ri=Nji/T=Afm\(\-гп\) и мгновенное: R2=N л (Т-т) =Д/т / Т.
Среднее быстродействие в режиме линейного сканирования при данном Т является функцией полосы частот Д/. Оно достигает максимума при nti=1/2:
^?1тах=Д//4.
Заметим, что в этом случае Nji=N0/2, т. е. при максимальном среднем быстродействии разрешение дефлектора составляет половину от возможного разрешения в дискретном режиме. При этом переход от одного пятна к другому происходит в Д/т/2 раз быстрее (так как при mi=ll2 мгновенное быстродействие превышает среднее в два раза).
Следует отметить, что рассмотренный режим работы дефлектора неизбежно вызывает цилиндрическую фокусировку отклоненного луча в плоскости сканирования, связанную с тем, что вдоль апертуры дефлектора акустическая частота в любой момент времени распределена по линейному закону. Фокус эквивалентной цилиндрической линзы определяется формулой [32]
56
F-z>2 Т / (XoAf),
Для того, чтобы скомпенсировать эффект фокусировки при линейном изменении акустической частоты, можно использовать соответствующую цилиндрическую оптику.
3.4. Конструкции дефлектора и формирующей оптической системы
д Так как разрешающая способность дефлектора про-
I порциональна его апертуре, то увеличение последней ' является естественной тенденцией. Однако это требует применения специальной формирующей оптики. Формирующая оптическая система должна обеспечить боль-
Рис. 3.3. Схема формирующей оптической системы для акустооптического дефлектора.
Л\, Ль - цилиндрические линзы; Л2, Л3 и Л4 - сферические линзы
шой размер светового пучка лишь в плоскости дифракции. В другом измерении система должна фокусировать пучок так, чтобы он полностью вписался в акустический столб шириной Я. Схема типичной оптической системы, формирующей эллиптический пучок, приведена на рис. 3.3. Падающий световой пучок расширяется до необходимого размера телескопической системой, состоящей из линз Л2 и Л3. Цилиндрическая линза Ли расположенная на входе системы, не оказывает влияние на ход лучей в плоскости дифракции, но фокусирует пучок в перпендикулярном направлении. После отклоне-
57
ния эллиптический пучок восстанавливается в аксиальный линзами с/74 и Лъ и проецируется на экране.
Примером конструктивного выполнения формирующей оптической системы на Хо^СХбЗ мкм, собранной по схеме рис. 3.3, может служить фотография на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Внешний вид формирующей оптической системы с дефлектором.
Рис. 3.5. Акустооптический дефлектор на 500 положений; Я0=
= 0,6328 мкм
Фотография дефлектора, используемого в данной системе, приведена на рис. 3.5.
Звукопроводом в этом дефлекторе служит монокристалл молибдата свинца РЬМо04 размерами 6Х15Х ХЗО мм. Преобразователь из 36-градусного У-среза ниобата лития возбуждает продольную звуковую волну, 53
