Высокоэффективная брэгговская акустооптическая дифракция на многочастотном и профилированном акустическом поле

• Автор: Вайнер, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Высокоэффективная брэгговская акустооптическая дифракция

(обзор литературы)

1.1. Основные закономерности акустооптического взаимодействия в твёрдом

теле

1.2. Акустооптические нелинейные интермодуляционные эффекты

1.3. Влияние структуры акустического поля

1.4. Оптоволоконные коммутаторы

2. Акустооптическая дифракция на пространственно профилированном акустическом поле

2.1. Методика теоретического анализа

2.1.1. Акустическое поле прямоугольного преобразователя
2.1.2. Акустооптическая дифракция на неоднородном акустическом поле
2.2. Брэгговская дифракция без перемодуляции
2.2.1. Теоретический анализ
2.2.2. Эксперимент
2.3. Влияние структуры поля в плоскости, ортогональной плоскости
дифракции
2.3.1. Дифракция топкого светового пучка
2.3.2. Дифракция широкого светового пучка
2.4. Практические рекомендации
2.4.1. Зависимость эффективности дифракции от амплитуды звука
2.4.2. Оптимальное расстояние от преобразователя
2.4.3. Оптимальный размер преобразователя
2.4.4. Угловая расходимость дифрагированного луча света
Выводы по главе
3. Многолучевая брэгговская акустооптическая дифракция
3.1. Акустооптическая дифракция на многочастотном акустическом поле
3.2. Метод синтеза акустического сигнала для многолучевой дифракции
3.3. Изотропная и анизотропная геометрии дифракции
3.3.1. Методика расчёта многолучевой акустооптической дифракции в анизотропной среде
3.3.2. Результаты расчёта
3.4. Экспериментальное исследование
Выводы по главе

4. Применения эффекта многолучевой брэгговской акустооптической
дифракции
4.1. Управление многолучевым дифракционным полем
4.2. Системы лазерного нанесения изображений
4.3. Акустооптический коммутатор оптоволоконных каналов связи
4.3.1. Принципы
4.3.2. Расчёт основных параметров
4.3.3. Экспериментальный макет
Выводы по главе
Приложение П1. Уравнение многочастотной брэгговской акустооптической дифракции без учёта расстроек синхронизма
Приложение П2. Расчётные оптимальные параметры сигналов
Приложение ПЗ. Алгоритм автоматической настройки сигнала
Заключение
Список цитируемой литературы
Список авторских публикаций по теме диссертации

Введение
Актуальность темы исследования
К настоящему моменту в акустооптике (далее - АО) исследовано большое количество разнообразных типов дифракции спета на звуке - дифракция в изотропных средах, изотропная и анизотропная дифракции в анизотропных средах, взаимодействие вблизи оптической оси в средах с оптической активностью, дифракции на объёмных и на поверхностных волнах, дифракция в планарных волноводных АО ячейках и др. Рассмотрены различные геометрии дифракции, в том числе коллинеарное взаимодействие, и найдены оптимальные геометрии для множества приложений.
На основе АО устройств разработано множество приборов - это модуляторы и дефлекторы лазерного излучения, оптические спектральные фильтры, а также системы оптической обработки информации - спектроанализаторы, перестраиваемые радиочастотные фильтры, конвольверы и др. Эти приборы отличаются компактностью, малым энергопотреблением, а также обладают таким ценными свойствами, как параллельный характер обработки информации и возможность быстрой перестройки [1-3].
При теоретическом анализе АО взаимодействия и конструировании АО устройств обычно не учитывают дифракционную структуру акустического пучка («ближнее поле») и используют модель плоского звукового столба. Пренебрежение пространственной неоднородностью звукового пучка при расчётах приводит к таким последствиям, как завышение предельной эффективности дифракции и неточность определения акустической мощности, необходимой для достижения этого предела. Угловая расходимость дифрагированного света на практике оказывается больше расчётной, что снижает важный для АО дефлекторов параметр - число разрешимых точек. Кроме того, модель звукового столба не позволяет теоретически оптимизировать такие параметры АО ячеек, как размер преобразователя в направлении, перпендикулярном плоскости дифракции, и место входа светового луча в звуковой пучок.
Последовательный учет указанного фактора при АО взаимодействии представляет собой сложную задачу. Известные работы по данной тематике, включая последние [4-5], подтверждают значительное влияние реальной структуры акустического поля на характеристики АО взаимодействия. Однако предлагаемые подходы носят недостаточно строгий характер, при этом либо учитывается структура поля только в плоскости, перпендикулярной плоскости АО дифракции, либо используется модельное поле, заданное в аналитическом виде. Таким образом, остается актуальной задача построения теории АО взаимодействия, выходящей за рамки модели «звукового столба».
луча в 20 матрицу 50x50 с суммарной эффективностью порядка 3% (т.е., с потерями 15 дБ). Потери в АО переключателях в одноканальном режиме (без мультиплексирования) достаточно подробно исследована в [62]. Эти потери обычно составляют 2-5 дБ и могут быть уменьшены развитием технологий ввода-вывода света из световодов. Таким образом, основные принципиальные потери в АОКМ связаны с ограничением эффективности многолучевой дифракции, т.е. с эффектами интермодуляций.
Базой данной работы является разработанный метод управляемого высокоэффективного синтеза многолучевого дифракционного поля.
Целью данной работы является первая разработка, создание и исследование АОКМ на этом принципе.