Управление характеристиками акустооптического коллинеарного фильтра с помощью коротких акустических импульсов

• Автор: Холостов, Кирилл Александрович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Теоретический расчет коллинеарной дифракции
в кристалле молибдата кальция
§1.1 Вывод основных уравнений
§1.2 Приближение гауссового и прямоугольного
звукового пучка
§ 1.3 Зависимость интенсивности дифракции от
длительности короткого акустического импульса
§1.4 Форма дифрагированного света вдоль
направления распространения
§1.5 Влияние размеров светового пучка на
результат дифракции
§1.6 Зависимость полосы пропускания и уровня боковых
лепестков от длительности акустического импульса
§1.7 Отличия разных типов дифракции
§1.8 Оценка влияния переходных процессов
Заключение к главе
Глава II. Дифракция света на одном акустическом
импульсе
§2.1 Описание экспериментальной установки и ее
отдельных узлов
§2.2 Поперечное распределение акустического поля
§2.3 Зависимость полосы пропускания и величины боковых
лепестков от формы и длительности импульса
§2.4 Влияние переходных процессов на
коллинеарную дифракцию
§2.5 Зависимость интенсивности дифракции от

длительности короткого импульса
§2.6 Взаимодействие света и акустического
импульса ступенчатой формы
Заключение к главе II
Глава III. Дифракция на двух и нескольких
акустических импульсах
§3.1 Два импульса: форма отклика и полоса пропускания .. 68 §3.2 Серия импульсов: форма отклика и
полоса пропускания
Заключение к главе
Глава IV. Влияние акустического нагрева
на работу акустооптической ячейки
§4.1 Расчет влияния нагрева в кристалле
§4.2 Влияние поворота оси кристалла
§4.3 Влияние нагретой пьезопреобразователем
грани
§4.4 Влияние поглощенной акустической
мощности
§4.5 Влияние теплового нагрева на работу коллинеарного
фильтра на кристалле молибдата кальция
§4.6 Описание экспериментальной установки
§4.7 Влияние нагрева грани
§4.8 Влияние "теплового столба"
Заключение к главе
Заключение
Литература

1. Введение
Акустооптика изучает взаимодействие света со звуком. Такое взаимодействие в кристалле было предсказано Бриллюэном в 1922 году [1] и впервые наблюдалось экспериментально Дебайем и Сирсом в 1932 году [2]. Акустическая волна, проходящая через кристалл, создает в кристалле дифракционную решетку, так как показатель преломления кристалла зависит от ампли гуды звуковой волны. Константа такой решетки равна длине акустической волны и может быть легко изменена путем изменения частоты звука. Дифракционный луч возникает благодаря тому, что свет проходит в кристалле через эту решетку. Акустооптическое взаимодействие в анизотропных кристаллах было описано в 1967 году Диксоном [3]. Через два года Харрис и Веллее, используя данный эффект, создали коллинеарный акустооптический фильтр на ниобате лития (ЫЫЬОД [4,5].
Коллинеарным акусто-оптическим взаимодействием называется такое взаимодействие, при котором волновые векторы падающего и дифрагированного света, а также ультразвука параллельны. При коллинеарной дифракции падающий и дифрагированный свет различаются только направлением поляризации и частотой. Параллельное распространение позволяет получить большие длины взаимодействия света и звука, что находит хорошее применение в таких устройствах, как фильтры. Перестраиваемые коллинеарные акустооптические фильтры являются одними из перспективнейших.
Применение дифракции света на ультразвуке в оптически анизотропной среде для фильтрации оптического излучения возможно благодаря селективности анизотропного брэгговского рассеяния света на акустической волне определенной частоты. Если на устройство падает "белый" свет, то за счет селективности выбранной геометрии

Естественная расходимость светового пучка при таких поперечных размерах и длине взаимодействия Ь=3.6см еще не проявляется. При выполнении этих условий функция 0'Е(х,у,і) = С(х,у,г) и уравнение (1.26) упрощается
д Е°
у —-= Е*{х, t)q1 ехр(-у щ)вА (х, у, г)Г(х,0-ах
В случае г=0.05мм, 11=3 мм (то есть г/В=1 /60) вид и соотношение кривых на Рис.9 существенно меняются. Во-первых, для такого узкого светового пучка большую роль стала играть естественная расходимость света. Фиолетовая кривая, описывающая прошедший пучок света на выходе, вдвое шире падающего пучка на входе (зеленая кривая). Во-вторых, интересно отметить, что дифрагированные пучки в приближениях гауссова и прямоугольного акустических пучков совпадают между собой; они также превышают по ширине падающий световой пучок. Это связанно с тем, что дифракция происходит на всей длине взаимодействия, то есть на протяжении всего распространения света и звука по кристаллу. За счет расходимости ширина пучка постоянно растет, а, следовательно, растет и ширина дифрагированного пучка. Этот случай соответствует расходимости падающего света превышающей расходимость звука. Ширина спектра дифрагированного света в этом случае определяется расходимостью звукового пучка.
В качестве заключения можно сказать, что наиболее предпочтительный вариант для практического использования состоит в использовании соотношения радиусов светового и акустического пучков г/К~ 1 /6 (случай, изображенный на Рис.8). В этом случае влияние естественной расходимости света на результат практически отсутствует в то время, как краевые эффекты не искажают дифрагированный луч.