15.2. АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР

Отклонение оптического луча от первоначального направления распространения в результате АО дифракции [2, 4] может решать две основные задачи:

а) переключение направления распространения на угол дифракции, который при дифракции Брэгга определяется как

где - скорость;

частота звуковых волн.

б) сканирование лучом в пространстве с монотонным изменением направления луча при монотонном изменении акустической частоты. Зависимость изменения угла распространения оптического луча от частоты звука Дополучим, взяв дифференциал от (15.5)

Таким образом, изменяя акустическую частоту, можно сканировать оптический луч в интервале углов где - полоса пропускания.

В режиме дефлектора работают и анализаторы спектра частот, в которых информация о спектре акустических частот получается в виде углового распределения оптической интенсивности.

Важнейшей характеристикой дефлектора является его разрешающая способность которая определяется как число отдельных разрешимых положений луча в интервале углов отклонения Если для разрешения соседних положений луча он должен быть отклонен на угол то Минимальный угол отклонения, позволяющий разрешить два соседних положения луча, определяется дифракционной расходимостью и с точностью до коэффициента, близкого к единице, может быть записан как где - апертура оптического луча. Разрешающую способность дефлектора в этом случае определяем по формуле

Это выражение связывает величины разрешающей способности дефлектора и его полосу пропускания

Из (15.7) следует, что в отличие от АО модулятора дефлектор является широкоапертурным 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 то интегральная интенсивность дифрагированного света при апертуре есть

Распределение интенсивности в дифрагированном оптическом луче существенно не меняется, если т.е. Поэтому в качестве верхнего предела для оптической апертуры можно 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 необходимо, чтобы в акустическом луче существовали волны, имеющие волновые векторы в таком же интервале углов что обеспечивало бы выполнение закона сохранения импульса при АО взаимодействии (рис. 15.2). Это означает, что максимальное значение угла отклонения оптического луча расходимостью акустического луча

Следовательно, и разрешающая способность дефлектора лимитируется расходимостью акустического луча. Используя (15.6), можно определить полосу пропускания дефлектора как

где - угол дифракции.

Из (15.10) следует, что пропорциональна 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 т.е. Величину, характеризующую акустооптическую эффективность материала, предназначенного для создания дефлектора, принято обозначать как

Рис. 15.2. Принципиальная схема акустооптического дефлектора: а - позиционный переключатель; - сканирующий дефлектор

Рис. 15.3. Принципиальная схема двухкоординатного дефлектора: - скорости двух акустических волн; - апертура акустических лучей

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 . Если возникает задача уменьшить Н при сохранении х, то приходится подбирать материал с меньшей скоростью звука и в качестве критерия АО эффективности используется величина