Коллинеарный акустооптический фильтр

Изобретение относится к области приборостроения. В фильтре, содержащем звукопровод из анизотропного кристалла, пьезопреобразователь, входной поляризатор и выходной анализатор, в качестве звукопровода выбран анизотропный кристалл в форме призмы, протяженной вдоль кристаллографической оси х. Грань кристалла с пьезопреобразователем выполнена со скосом в плоскости ху в сторону положительной оси у, в два раза превышающим скос противоположной ей грани, отражающей ультразвук, скошенной в ту же сторону, причем величина углов скосов граней определена из условия обеспечения отражения ультразвука с последующим распространением вдоль оси х, совпадающей с направлением распространения светового луча, вводимого через одну или другую скошенные грани кристалла. Технический результат - повышение точности спектральных измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическим системам и приборам, и предназначено для выделения узкого спектрального участка оптического излучения с электронной перестройкой основной длины волны.

Для обеспечения узости интервала пропускания целесообразно обращение к коллинеарной анизотропной дифракции света на ультразвуке, когда волновые вектора оптических и акустической волн параллельны или антипараллельны. Однако обеспечить подобное коллинеарное акустооптическое взаимодействие в техническом плане довольно непросто, т.к. пьезопреобразователь, возбуждающий ультразвуковую волну, будучи размещенным на пути падающего светового луча, затеняет область взаимодействия и затрудняет необходимый ввод света.

Известна схема фильтра, состоящего из звукопровода в форме прямоугольной трапециевидной призмы и пьезопреобразователя. Акустооптическое коллинеарное взаимодействие в указанном фильтре реализуется вдоль у-оси кристалла ниобата лития в форме [1]. Свет под углом Брюстера проникает в кристалл через одну из граней анизотропной призмы и, отразившись сначала от противоположной параллельной исходной грани, а потом от боковой скошенной грани, распространяется вдоль у-оси кристалла. Ультразвук возбуждается пьезопреобразователем продольных волн, размещенным на большей из двух параллельных граней. Отразившись от скошенной грани, продольная волна трансформируется в поперечную, которая далее распространяется вдоль у-оси кристалла.

К недостаткам такой конструкции можно отнести: во-первых, нежелательный энергетический снос ультразвука вдоль выбранного направления кристалла ниобата лития из-за наличия анизотропии акустических волн, заключающейся в неколлинеарности волнового и энергетического векторов акустического сигнала, что неизбежно приводит к уменьшению области акустооптического взаимодействия и, как следствие, - к снижению эффективности дифракции; во-вторых, эффективная работа фильтра возможна с использованием падающего света только одной поляризации. Наконец, к последнему недостатку можно отнести тот факт, что дифракция света происходит не только на попутной свету ультразвуковой волне, но и еще на отраженном от выходной грани акустическом пучке. Последнее ведет к появлению дополнительных нежелательных (паразитных) окон пропускания АОФ.

Известна схема фильтра, состоящего из пьезопреобразователя и звукопровода, выполненного на основе кристалла кварца [2].

В приведенной схеме трансформированный из продольного в поперечный ультразвуковой пучок после прохождения области акустооптического взаимодействия отражается в сторону противоположной скошенной гранью.

К преимуществу такого АОФ по сравнению с предыдущим можно отнести то, что дифракции света на стоячей акустической волне не возникает, но по-прежнему остается недостаток наличия акустической анизотропии пучка ультразвука. Кроме того, эффективность дифракции в кварце ниже, чем, скажем, в кристалле ниобата лития. Поэтому для обеспечения одинаковой узости полосы пропускания фильтра на основе кварца по сравнению с ниобатом лития габариты рассматриваемого прибора должны превосходить в несколько раз размеры последнего.

Известен фильтр, состоящий также из звукопровода, пьезопреобразователя и поляризатора, в котором падающий обыкновенно-поляризованный свет дифрагирует на встречной продольно-поляризованной акустической волне в необыкновенную волну [3]. Последняя выводится из области акустооптического взаимодействия, благодаря энергетическому сносу дифрагированного необыкновенного света. Несмотря на небольшой угол между волновым и энергетическим вектором необыкновенно-поляризованной оптической волны, возможен случай выделения дифрагированного излучения из исходного без применения анализатора, при подходящем выборе образца кристалла, его ориентации, а также апертур светового и звукового пучков.

Несмотря на то, что в рассмотренном АОФ исключен недостаток снижения эффективности дифракции по причине наличия акустической анизотропии, по-прежнему остается нежелательный факт дифракции света на отраженном от входной грани акустическом пучке.

В качестве прототипа настоящего изобретения может послужить коллинеарный акустооптический фильтр на кристалле, форма которого представляет собой усеченный клин [4]. На поверхности кристалла нанесены тонкопленочные зеркала. Фильтр содержит также входной поляризатор и выходной анализатор. Пьезопреобразователь расположен на одной из граней клина. Акустический пучок вводится в пространство взаимодействия через одну из граней кристалла, и, отразившись от противоположной поверхности, имеющей небольшой скос по сравнению с первой, ультразвук возвращается к исходной грани под некоторым углом, после достижения которой снова отражается и т.д. Траектория распространения пучка ультразвука представляет собой ломаную линию. Вдоль этой линии и направляется свет, который проникает в акустооптическую среду через скошенную грань кристалла в месте первого отражения ультразвука. Дальнейшее отражение света от граней кристалла осуществляется благодаря тонкопленочным зеркалам, нанесенным на внешних поверхностях кристалла.

Подобная конструкция устраняет выше оговоренные недостатки работы фильтра: снижение эффективности акустооптического взаимодействия по причине наличия акустической анизотропии и дифракцию света на встречном акустическом пучке. Однако предложенный вариант накладывает исключительные требования к выбору материала кристалла, к его срезу, к подходящему углу между отражающими гранями, чтобы обеспечить на всех отрезках ломаной линии, вдоль которых происходит дифракция, высокие величины эффективных упругооптических коэффициентов, одинаковых направлений волновых векторов необыкновенной и обыкновенной, а также акустической волн, нулевых энергетических сносов, как для света, так и для ультразвука.

Задачей изобретения является создание конструкции АОФ, при которой дифракция света происходит только на определенном одном отрезке бегущего пучка ультразвука с наибольшим возможным перекрытием световой и акустической волн, что позволяет обеспечить высокую точность спектральных измерений, расширить функциональные возможности при проведении измерений и обеспечить высокую надежность к внешним физическим воздействиям.

Технический эффект, который может быть получен при осуществлении изобретения: сужение полосы пропускания, уменьшение габаритов прибора, обеспечение высокой интенсивности дифрагированного светового пучка.

Для достижения поставленной задачи и технического эффекта в коллинеарном акустооптическом фильтре, содержащем звукопровод из анизотропного кристалла, пьезопреобразователь, входной поляризатор и выходной анализатор, в качестве звукопровода выбран анизотропный кристалл в форме призмы, протяженной вдоль кристаллографической оси х, грань кристалла с пьезопреобразователем выполнена со скосом в плоскости ху в сторону положительной оси у, в два раза превышающим скос противоположной ей грани, отражающей ультразвук, скошенной в ту же сторону, причем величина углов скосов граней определена из условия обеспечения отражения ультразвука с последующим распространением вдоль оси х, совпадающей с направлением распространения светового луча, вводимого через одну или другую скошенные грани кристалла.

На чертеже приведен общий вид предлагаемого устройства. Коллинеарный акустооптический фильтр состоит из звукопровода (1), выполненного в виде призмы, протяженной вдоль кристаллографической оси х, пьезопреобразователя (2), расположенного на грани звукопровода (1), скошенной под углом α к оси х в плоскости ху в сторону положительной оси у. Противоположная ей грань, отражающая ультразвук, имеет аналогичный скос под углом, равным α/2. На чертеже обозначены: поз.(3) - ультразвук, который распространяется к торцевой грани, скос которой выполнен под углом, равным α/2, отраженный от этой грани ультразвук обозначен позицией (4), распространяется вдоль оси х кристалла. Поз.(5) обозначен преломленный взаимодействующий световой луч, поз.(6) - входной световой луч, а поз.(7) - дифрагированный луч. Устройство также содержит входной поляризатор (8), выходной анализатор (9), расположенный на оптическом выходе устройства.

Работа устройства осуществляется по следующей схеме: возбуждаемый пьезопреобразователем (2) ультразвук (3) около одной скошенной грани кристалла распространяется к противоположной грани. Отразившись от последней и распространяясь вдоль оси х, ультразвук (4) вступает в дифракцию со световым лучом (5) вводимого в пространство взаимодействия через одну или другую скошенные грани звукопровода. Дифрагированный свет отделяется от остального с помощью анализатора (9).

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №805240, G02F 1/11, опубл. в 1981 г.

2. Патент РФ №2092797 С1, опубл. в 1997 г.

3. Авторское свидетельство СССР №549773, G02F 1/11, G01J 3/18, G02В 5/30, опубл. в 1977 г.

4. Авторское свидетельство СССР №530303, G02F 1/11, опубл. в 1976 г.

Коллинеарный акустооптический фильтр, содержащий звукопровод из анизотропного кристалла, пьезопреобразователь, входной поляризатор и выходной анализатор, отличающийся тем, что в качестве звукопровода выбран анизотропный кристалл в форме призмы, протяженной вдоль кристаллофизической оси х, грань кристалла с пьезопреобразователем выполнена со скосом в плоскости ху в сторону положительной оси у, в два раза превышающим скос противоположной ей грани, отражающей ультразвук, скошенной в ту же сторону, причем величина углов скосов граней определена из условия обеспечения отражения ультразвука с последующим распространением вдоль оси х кристалла, совпадающей с направлением распространения светового луча, вводимого через одну или другую скошенные грани кристалла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для передачи многоканальных и одноканальных сообщений по оптическим линиям связи.

Изобретение относится к прикладной оптике и спектроскопии и может быть использовано в спектрометрах и приборах на их основе. .

Изобретение относится к области управления когерентными лазерными пучками ультрафиолетового диапазона. .

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки. .

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т.д.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для уменьшения расходимости лазерного излучения и может использоваться при создании лазерных систем связи и управления, оптико-волоконных систем и т.д.

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в качестве перестраиваемого узкополосного фильтра в анализаторах спектров оптического излучения

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для точного управления лазерным излучением

Изобретение относится к квантовой электронике, лазерной спектроскопии, акустооптике и может быть использовано для широкополосной частотной стабилизации лазеров и сужения спектра их излучения

Изобретение относится к акустооптическим модуляторам света (АОМ) на стоячих упругих волнах, предназначенным для осуществления амплитудной модуляции непрерывного когерентного оптического излучения, и может быть использовано для синхронизации мод лазеров, модуляции добротности

Изобретение относится к устройствам для управления лазерным излучением

Изобретение относится к акустооптике и лазерной технике, в частности к акустооптическому модулятору пучка оптического излучения

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании лазерных установок гравировки, маркировки и раскройки материалов, а также проекционных систем повышенной четкости

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве широкополосного измерителя частоты радиосигналов. Технический результат, заключающийся в расширении полосы рабочих частот, достигается тем, что в акустооптический спектроанализатор, содержащий в своем составе лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, глухое зеркало, две интегрирующие линзы и две линейки фотоприемных устройств, в котором измеряемый радиосигнал подается на пьезопреобразователь акустооптического дефлектора, а на одну из его оптических граней лазерное излучение падает под отрицательным углом Брэгга и дифрагирует по направлению последовательно расположенных первой интегрирующей линзы и первой линейки фотоприемных устройств, а на вторую оптическую грань акустооптического дефлектора лазерное излучение, переотражаясь от глухого зеркала, падает под положительным углом Брэгга и дифрагирует по направлению последовательно расположенных второй интегрирующей линзы и второй линейки фотоприемных устройств, дополнительно между первой и второй гранями акустооптического дефлектора и первой и второй интегрирующими линзами включены первый и второй поляроиды, а акустооптический дефлектор выполнен на основе ниобата лития с косым углом среза, равным β, и аномальной дифракцией, характеризуемой наличием двух одинаковых полос пропускания ΔfΣ1 и ΔfΣ2 вблизи отличающихся частот перегиба f01 и f02, задаваемых соответствующей величиной угла β, и между собой взаимосвязанных посредством f02-f01≃ΔfΣ1≃ΔfΣ2, причем протяженность по свету пьезопреобразователя акустооптического дефлектора выбрана из условия совмещения полос ΔfΣ1 и ΔfΣ2 по заданному уровню неравномерности дифракционной эффективности. 4 ил.
Изобретение относится к области прикладной оптики и касается двойного акустооптического монохроматора на одном кристалле. Монохроматор содержит первый поляризатор, акустооптическую ячейку, второй поляризатор и поворотную призму, установленную с возможностью возврата оптического луча во второй поляризатор. Входной луч последовательно проходит через часть первого поляризатора, часть акустооптической ячейки и часть второго поляризатора. Поворотная призма обеспечивает возврат луча в монохроматор таким образом, чтобы луч последовательно проходил через соседнюю часть второго поляризатора, акустооптической ячейки и первого поляризатора. При этом первый поляризатор выполняет функцию выходного поляризатора. Технический результат заключается в уменьшении энергопотребления, упрощении производства и наладки монохроматора.

Изобретение относится к акустооптическому устройству, предназначенному для управления оптическим излучением посредством акустооптической брэгговской дифракции света на звуке, и может использоваться для управления амплитудой, частотой, фазой и поляризацией оптического излучения. Акустооптическое устройство содержит акустооптический кристалл, пьезопреобразователь и управляющий элемент для изменения угла наклона, расположенный между акустооптическим кристаллом и пьезопреобразователем и жестко связанный с последним. Управляющий элемент выполнен в виде двух призм, соприкасающихся друг с другом двумя плоскостями и установленных с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной поверхности кристалла и оси, перпендикулярной плоскостям соприкосновения призм. Технический результат - увеличение точности установки угла наклона пьезопреобразователя к акустооптическому кристаллу. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения

Наверх