Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Это выражение связывает величины разрешающей способности дефлектора N и его полосу пропускания AF.
Из (15.7) следует, что в отличие от АО модулятора дефлектор является широко апертурным прибором, так как увеличение апертуры приводит к уменьшению дифракционной расходимости оптического луча и позволяет увеличить разрешающую способность. Апертура АО дефлекторов может достигать нескольких сантиметров. Это накладывает особые требования на размеры и оптическую однородность кристаллов, используемых для создания дефлекторов, и на уровень затухания звука в материале. Затухание звука приводит к тому, что интенсивность его оказывается неравномерной по апертуре оптического луча, что приводит к изменению распределения интенсивности по апертуре дифрагированного луча. Если звук, распространяющийся в направлении х, затухает по закону /„(.г) = /„(0) ехр(-ух), то интегральная интенсивность дифрагированного света при апертуре d есть
Д9 = lAF/2n Vcos9b = (АУ2л V) AF.
(15.6)
N — Д9/Дф = AFd/2n V cos9b.
(15.7)
I{(d) = I{ (0) d j ехр(-ух) d x = /, (0) [1 - e\p(-yd)]/(yd).
0
(15.8)
Распределение интенсивности в дифрагированном оптическом луче существенно не меняется, если [/i(rf)//i(0)] < 1,5dB, т.е. yd < 0,38. Поэтому в качестве верхнего предела для оптической апертуры можно ВЗЯТЬ (/max = 0,387-'. Таким образом, от уровня затухания в материале дефлектора зависит не только интенсивность дифрагированного излучения, но и разрешающая способность дефлектора.
Для того чтобы иметь возможность сканировать оптический луч в некотором интервале углов Д9, необходимо, чтобы в акустическом луче существовали волны, имеющие волновые векторы в таком же интервале углов Д9а, что обеспечивало бы выполнение закона сохранения импульса при АО взаимодействии (рис. 15.2). Это означает, что максимальное значение угла отклонения оптического луча Д0 max ЛИ-МИТИруеТСЯ расходимостью акустического луча
Следовательно, и разрешающая способность дефлектора лимитируется расходимостью акустического луча. Используя (15.6), можно определить полосу пропускания дефлектора как
где 9 - угол дифракции.
Из (15.10) следует, что AFпропорциональна лК2. Для дефлектора разрешающая способность и полоса пропускания являются характеристиками столь же важными, как и дифракционная эффективность, поэтому для характеристики материала, который может быть использован для АО дефлектора, можно использовать параметры материала, входящие в произведение (I\/Io)-AF, т.е. MinV1 = rfpVpV. Величину, характеризующую акусто оптическую эффективность материала, предназначенного для создания дефлектора, принято обозначать как
Д9тах Д9а — A/Zy.
(15.9)
AF = (2л FAcos9)/LX = (In V^IXFL)cos9,
(15.10)
a
S
Рис. 15.2. Принципиальная схема акустооптического дефлектора: а - позиционный переключатель; б - сканирующий дефлектор
325
Рис. 15.3. Принципиальная схема двухкоордииатного дефлектора:
V\ и Vi - скорости двух акустических волн; Hi и Иг - апертура акустических лучей
Мз = п>рЧрУ (15.11)
Несколько иная характеристика АО эффективности применяется для кристаллов, используемых при создании двухкоординатных дефлекторов. В этом случае временная характеристика прибора время заполнения цугом акустических волн апертуры акустического луча (рис. 15.3) - определяется как х = H/V. Если возникает задача уменьшить Н при сохранении х, то приходится подбирать материал с меньшей скоростью звука и в качестве критерия АО эффективности используется величина
Mi = Mi V~> = rfpVp V*. (15.12)
15.3. АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР
15.3.1. Характеристики акустооптического фильтра
В акустооптическом фильтре возможность выделения света с требуемой длиной волны реализуется при анизотропной дифракции света. Для этого создаются такие условия дифракции, чтобы сохранение импульса (условие синхронизма) выполнялось для начальной и дифрагированной волн, имеющих заданную длину и различные поляризации. Если на рабочий АО элемент падает свет с поляризацией Ео, то в результате АО взаимодействия возникает дифрагированный свет с 326
поляризацией Е\. Так как Ео -L Е\, то, поставив после АО элемента поляроид (анализатор) с плоскостью поляризации, параллельной Е\, можно получить на выходе свет с длиной волны, соответствующей условию АО дифракции (14.68). Выбор направления волновых векторов света к и звука К относительно кристаллофизических осей для данного кристалла определяется законом сохранения импульса и угловой зависимостью необыкновенного показателя преломления. Эта зависимость ограничивает угловой диапазон для падающего света. Кроме того, выбранные направления к и К должны обеспечивать коллинеарность фазовых и групповых скоростей света и звука, в противном случае эффективность фильтра будет снижена из-за «сноса» лучей.
Эффект «сноса» лучей уменьшает длину АО взаимодействия и, следовательно, разрешающую способность АО фильтра. Эти требования сильно ограничивают выбор направлений волновых векторов света и звука при проектировании АО элемента оптического фильтра. Требования к коллинеарности фазовых и групповых скоростей могут смягчаться при использовании сред с высоким АО качеством, так как размер кристаллических элементов для таких сред можно уменьшить, сохраняя достаточной эффективность АО дифракции света. Снижение размеров АО элемента, т.е. уменьшение длины АО взаимодействия, снижает и требования к коллинеарности фазовых и групповых скоростей. При значительных углах между волновыми векторами света и звука длина АО взаимодействия ограничивается не столько размерами кристалла, сколько апертурой акустического луча (размером пьезопреобразователя). Таким образом, для создания АО фильтров наиболее эффективным является коллинеарное АО взаимодействие, которое позволяет обеспечить большие (ограниченные только размером и однородностью кристалла) длины взаимодействия, повышая эффективность взаимодействия и разрешающую способность фильтра при относительно малых апертурах и света и звука.
