15.3.2. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ КОЛЛИНЕАРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ СОЗДАНИИ АКУСТООПТИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ

В качестве примеров реализации АО фильтров можно привести устройства, созданные на кристаллическом кварце [5, 6], молибдате кальция [7] и ниобате лития [8].

Фильтр на кристаллах кварца

Схема АО фильтра на кварце показана на рис. 15.4. Ось кристаллического элемента направлена вдоль оси х. Продольная звуковая волна после отражения от скошенной грани элемента направляется вдоль оси х со скоростью Начальный световой луч поляризован вдоль оси (необыкновенная волна). Звуковая волна создает деформацию Эта деформация поворачивает оптическую индикатрису кварца на угол, определяемый величиной компоненты тензора диэлектрической восприимчивости Поворот оптической индикатрисы происходит вокруг оси х (рис. 15.4, б). В результате необыкновенная волна Ее разлагается на две суммарная проекция которых на ось у определяет появление на выходе кристалла волны с обыкновенной поляризацией Таким образом, АО взаимодействие приводит к возникновению оптических волн с поляризацией ортогональной к поляризации начальной волны , для тех длин волн, которые отвечают условию

Ориентируя на выходе фильтра анализатор так, чтобы он пропускал луч с поляризацией получаем на выходе свет с длиной волны Акустооптическая эффективность кварца невелика поэтому перестраиваемые АО фильтры на кварце требуют значительной акустической мощности до Эти недостатки кварца компенсируются тем, что кварц имеет величину что позволяет использовать относительно низкочастотный звук в фильтрах видимого диапазона длин волн. Кроме того, имеется промышленное производство кристаллов кварца больших размеров и достаточно высокого качества, что позволяет создавать фильтры с большой длиной АО взаимодействия и хорошей разрешающей способностью.

Рис. 15.4. Схема акустооптического фильтра на кристалле кварца: а - принципиальная схема АО элемента и К - волновые векторы начальной, дифрагированной световых волн и акустической волны соответственно); - поворот оптической индикатрисы кварца под действием звуковой волны, создающей деформацию - поляризатор; 2 - анализатор

Фильтр на кристаллах ...

Кристаллы молибдата кальция перспективны для создания коллинеарных АО фильтров для видимого диапазона длин волн [9]. Молибдат кальция не обладает рекордными характеристиками, и конкурентоспособным его делает благоприятное сочетание свойств. Молибдат кальция имеет оптимальную для создания фильтров видимого диапазона величину двупреломления Акусто оптическое качество хотя и не очень велико, однако на порядок выше, чем у кварца (для ). Скорость сдвиговых волн в этих кристаллах относительно невысока ( см/с). Кристаллы обладают низким затуханием звука. Они достаточно технологичны, могут быть получены больших размеров и высокого оптического качества. Схема коллинеарного АО фильтра на показана на рис. 15.5. Кристалл, имеющий симметрию позволяет организовать АО взаимодействие с направлением волновых векторов света и звука вдоль для поляризации света [001] (необыкновенная волна).

Используются сдвиговые акустические волны, создающие деформацию Под действием деформации оптическая индикатриса кристалла поворачивается вокруг оси х на угол, определяемый величиной компоненты тензора диэлектрической восприимчивости . В результате АО взаимодействия на выходе кристаллического элемента возникает обыкновенная волна (поляризация [100]), которая может быть выделена анализатором, ориентированным вдоль [100].

Рис. 15.5. Схема акустооптического фильтра на кристалле а - принципиальная схема АО элемента К - волновые векторы начальной, дифрагированной световых волн и акустической волны соответственно); 1 - поляризатор;

2 - анализатор; 3 - пьезопреобразователь; - поворот оптической индикатрисы молибдата кальция под действием звуковой волны, создающей деформацию

Фильтры на кристаллах ниобата лития

На базе кристаллов ниобата лития могут быть созданы АО фильтры для диапазона длин волн (4000...7000 нм), в которых при мощности звука может быть достигнуто преобразование интенсивности начального света в дифрагированный, близкое к Для получения дифрагированных оптических волн, ортогональных начальной волне, свет в АО элементе направляется перпендикулярно оптической оси кристалла, вдоль оси у. Акустооптическая дифракция может быть получена и на продольных, и на поперечных волнах. На рис. 15.6 показан один из возможных вариантов АО фильтра на кристалле В этом фильтре возбуждаемые пьезопреобразователем продольные акустические волны трансформируются в поперечные при отражении от входной оптической поверхности кристалла.

Если в кристалл попадает начальная оптическая волна с необыкновенной поляризацией появление дифрагированных оптических волн с поляризацией вдоль оси возможно при дифракции света на сдвиговых акустических волнах с деформацией (5б). Под действием сдвиговой деформации возникает компонента тензора диэлектрической восприимчивости что приводит к повороту оптической индикатрисы вокруг оси у (рис. 15.6, б). Для кристаллического элемента длиной 5 см при см/с для перевода интенсивности начального луча в интенсивность дифрагированного света требуется мощность

Рис. 15.6. Коллинеарный АО фильтр на кристалле а - принципиальная схема фильтра; 1 - анализатор; 2 - поляризатор; 3 - пьезопреобразователь; волновые векторы начального и дифрагированного света; и - направления распространения продольной и отраженной сдвиговой волн соответственно; К - волновой вектор акустических волн; - изменение оптической индикатрисы под действием сдвиговой акустической волны с деформацией - направления поляризации начальной и дифрагированной волн соответственно; - изменение компоненты тензора диэлектрической восприимчивости, задающей поворот оптической индикатрисы вокруг оси у