Исследование широкополосных акустооптических устройств на основе сильно анизотропных кристаллов

• Автор: Макаров, Олег Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Акустооптическое взаимодействие в средах со значительной акустической анизотропией

1.1. Акустооптическое взаимодействие в средах с сильной

акустической анизотропией

1.2. Экспериментальные исследования изотропного АО взаимодействия

в средах с сильной акустической анизотропией

1.3. Фотоупругий эффект в плоскостях (1 10) и (001) кристалла Те02

1.4. Экспериментальное исследование акустооптического эффекта

в парателлурите методом визуализации акустических мод

Выводы к Главе

Глава 2. Акустооптические приборы с использованием сильной акустической анизотропии кристаллов
2.1. Квазиколлинеарное взаимодействие в акустооптических
фильтрах и дисперсионных линиях задержки
2.2. Расчет геометрии квазиколлинеарного акустооптического
взаимодействия в плоскости (11 0) кристалла Те02 при создании АО фильтров и дисперсионных линий задержки
2.3. Оптимизация квазиколлинеарного фотоупругого взаимодействия
в различных АО фильтрах на парателлурите
2.4. Компенсация уширения углового спектра фемтосекундного импульса
в акустооптических дисперсионных линиях задержки
2.5. Характеристики квазиколлинеарных фильтров на кристаллах Те02
2.6. Теоретическое и экспериментальное исследование квазиколлинеарных акустооптических устройств УФ-диапазона на кристалле КОР
2.7. Управление спектром фемтосекундного лазерного импульса
в дисперсионной линии задержки
Выводы к Г лаве
Глава 3. Эффективные системы возбуждения звука в акустооптических устройствах
3.1. Разработка и изготовление пьезопреобразователей
акустооптических устройств
3.2. Расчет электрических параметров пьезопреобразователя
акустооптического устройства на основе его геометрических параметров и материальных констант
3.3. Исследование влияния промежуточного слоя на
полосу частот акустооптических устройств
3.4. Синтез согласующих цепей акустооптических устройств
Выводы к Главе III
Заключение
Список литературы
Публикации автора по теме работы
Введение
Акустооптика как самостоятельное научно-техническое направление в физике развивалась с того момента, когда в 1921 году Л.Бриллюэном, а также независимо и приблизительно в то же время Л.И.Манделыитамом впервые было предсказано явление дифракции света на вариациях плотности среды, в которой распространяются ультразвуковые волны [1,2]. До открытия вынужденного когерентного усиления света и появления первых лазеров рассеяние света на ультразвуке было предметом исключительно академической науки. Термин «акустооптика» появляется после создания Т.Х.Мейманом в 1961 году первого лазера. Возникновение и развитие квантовой электроники вызвало необходимость в новых методах и устройствах управления лазерным излучением. С середины 60-х годов создаются первые лазерные модуляторы и дефлекторы на основе электрооптического, акустооптического (АО) и магнитооптического эффектов. При этом акустооптика перестает быть сугубо академическим направлением в физике. Исследования в области акустооптики из университетских лабораторий перемещаются в центры военно-промышленных комплексов наиболее развитых в научно-техническом отношении стран — СССР, США, Франции, Великобритании и Японии. Параллельно с этим разворачиваются и исследования в области промышленного синтеза новых кристаллических сред и материалов для квантовой электроники и лазерной техники [3,4].
В начале 70-х годов XX века появляются акустооптические электронно-перестраиваемые фильтры, создаются устройства приема, обработки и спектрального анализа радиосигналов, которые обладают функциональными возможностями, принципиально недостижимыми для традиционных радиосистем. Возрастает важность акустооптических приборов для научных, коммерческих и военных применений. Прогрессу акустооптики способствуют успехи в синтезе и технологии роста новых акустооптических и пьезоэлектрических материалов. Исходный академический научный интерес к исследованию новых типов взаимодействия света и звука в кристаллах трансформируется в самостоятельное научно-техническое направление. Во всем мире растет число специализированных лабораторий и компаний, занимающихся акустооптикой. Например, разрабатываются лазерные системы наведения снаряда на цель, создающие в пространстве телеметрическое информационное поле с помощью кодированного светового растра, центр которого совпадает с оптической линией визирования. В конце 80-х годов в США возникает новое направление в лазерной технике - создание лазерных комплексов для индустрии развлечений. Данное направление работ продолжает прогрессировать и в настоящее время. Примером

В соответствии с выражениями (1.1.10) и (1.1.15) - (1.1.18) были рассчитаны полосы частот дифракции А/" и А/, а также коэффициент уширения к для выбранного среза кристалла парателлурита. Результаты расчетов представлены в Таблице 1. Вычисления проводились при угле сноса ц/ = 47° для двух длин волн света А, = 1,15 мкм и А, = 3,39 мкм. Длина акустооптического взаимодействия принималась равной 10=0,5 см, в то время как частоты звука были выбраны типичными для акустооптических устройств на основе продольных звуковых волн в кристалле парателлурита, т.е. /=200 МГц и/=500 МГц [16,17,19].
Таблица 1.
Частота звука /МГц Длина волны света А, мкм Ширина полосы частот, изотропный случай А/, МГц Изменение ширины полосы частот, анизотропный случай А/,, кГц Коэффициент уширения к, %
200 1,15 37,9 500 1
3,39 12,8 500 3
500 1,15 15,1 500 3
3,39 5,1 500 9
Как видно из таблицы, относительное изменение ширины полосы акустических частот для выбранного режима взаимодействия не превышает 10%. С другой стороны, видно, что абсолютное значение этих изменений может достигать сотен килогерц. Следует отметить, что в акустооптических экспериментах полоса частот дифракции может быть измерена с точностью до десятков килогерц. Поэтому различие между дифракцией в акустически изотропной и анизотропной среде может быть легко зарегистрировано даже при относительно небольших углах сноса акустического пучка. В частности, для исследованного среза кристалла парателлурита можно ожидать, что изменение ширины полосы частот будет равно А/, = 500 кГц, что соответствует значению
коэффициента уширения к* = 10%. Изменение частотного диапазона на доли мегагерца является в акустооптике весьма значительным. Эффект изменения частотного диапазона можно назвать невзаимным, так как он зависит от взаимной ориентации вектора фазовой скорости света и вектора Пойнтинга звука при развороте брэгговской ячейки на 180°.
Экспериментальное подтверждение невзаимного эффекта изменения частотного диапазона проводилось с использованием брэгговской ячейки, изображенной на рис. 1.2.1, на длине волны 633 нм. Исследования проводились в двух диапазонах акустических