Неколлинеарный акустооптический фильтр
Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в качестве перестраиваемого узкополосного фильтра в анализаторах спектров оптического излучения. Заявленный неколлинеарный акустооптический фильтр содержит акустооптическую ячейку, выполненную из одноосного оптического кристалла, преимущественно парателлурита, включающий в себя первую и вторую оптические грани и ультразвуковой преобразователь, расположенный на третьей грани. Также фильтр содержит поляризатор, расположенный по ходу светового луча за первой оптической гранью. Четвертая грань выполнена оптической и входной для светового луча, а отражающая вторая оптическая грань скошена по отношению к четвертой грани под углом 45°. Поляризатор установлен на выходе светового луча. Между второй и четвертой гранями дополнительно выполнена пятая оптическая грань, расположенная перпендикулярно четвертой грани. При этом фильтр дополнительно содержит поворотную крышеобразную призму, установленную за поляризатором, размещенным за первой оптической гранью по ходу светового луча, и дополнительный поляризатор, установленный за пятой гранью акустооптической ячейки. Технический результат - упрощение АОФ за счет исключения из его состава как минимум одного из поляризаторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в качестве перестраиваемого узкополосного фильтра в анализаторах спектров оптического излучения.
Известен неколлинеарный акустооптический фильтр (АОФ), активный оптический кристалл в котором выполнен на основе пьезоэлектрического кристалла, на верхней грани которого размещен поглотитель ультразвука, а преобразователь ультразвука выполнен в виде решетки противофазно возбуждаемых электродов типа встречно-штыревых /Патент РФ №2208824, Кл. G02F 1/11, 2003/.
Недостатком известного АОФ является сложность его изготовления.
Известен неколлинеарный АОФ, содержащий акустооптическую ячейку (АОЯ), выполненную в виде четырехгранной призмы из одноосного оптического кристалла, преимущественно парателлурита, включающий в себя первую и вторую оптические грани и ультразвуковой преобразователь (УЗП), расположенный на третьей грани призмы, а также поляризатор, расположенный по ходу светового луча за первой оптической гранью призмы /В.И.Балакший и др. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь, 1985, стр.236, 237/.
Данный АОФ принят за прототип.
Недостатком прототипа является необходимость использования в нем двух поляризаторов, что усложняет конструкцию фильтра.
Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является упрощение АОФ за счет исключения из его состава как минимум одного из поляризаторов.
Поставленный технический результат достигают за счет того, что в известном АОФ, содержащем АОЯ, выполненную в виде четырехгранной призмы из одноосного оптического кристалла, преимущественно парателлурита, включающем в себя первую и вторую оптические грани и УЗП, расположенный на третьей грани призмы, а также поляризатор, расположенный по ходу светового луча за первой оптической гранью призмы, четвертая грань призмы выполнена оптической и входной для светового луча, а вторая оптическая грань скошена по отношению к четвертой грани под углом 45°.
Кроме того, возможен вариант когда между второй и четвертой гранями призмы дополнительно выполнена пятая оптическая грань, расположенная перпендикулярно четвертой грани, при этом фильтр дополнительно содержит поворотную крышеобразную призму, установленную за поляризатором, размещенным за первой оптической гранью по ходу светового луча, и дополнительный поляризатор, установленный за пятой гранью АОЯ.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1, 2 представлены два варианта фильтров.
АОФ содержит (фиг.1) АОЯ, выполненную в виде четырехгранной призмы из одноосного оптического кристалла (на чертежах не оцифрованная), преимущественно из парателлурита.
Призма по первому варианту исполнения АОЯ (фиг.1) включает в себя четыре грани 1, 2, 3, 4, а по второму варианту (фиг.2) - еще дополнительную грань 5. (Для удобства оцифровка граней в формуле изобретения и описании совпадают).
Оптическая грань 2 кристалла скошена под углом 45° к оптической грани 4, при этом грань 4 выполнена оптической, по крайней мере, в месте входа светового луча 6. Имеется также УЗП 7, установленный на грани 3 призмы, и поляризатор 8, установленный на выходе светового луча 6 из призмы.
Особенностью АОФ, представленного на фиг.2, является наличие в оптической схеме поворотной крышеобразной призмы 9 и второго поляризатора 10, установленного за гранью 5 (нескошенной частью грани 2).
Нетрудно заметить, что второй вариант АОФ реализует случай двойного монохроматора, обычно включающего в себя три или четыре поляризатора /Акустооптические, акустические и рентгено-спектральные методы и средства измерений в науке и технике. Труды ВНИИФТРИ, вып.48 (140), 2005, стр.129/.
Поворотная призма 9 или сама АОЯ могут быть конструктивно объединены с поляризатором 8.
В обоих вариантах исполнения АОФ количество поляризаторов в оптической схеме уменьшается как минимум на один поляризатор, т.е поставленный технический результат достигается.
АОФ работает следующим образом.
При взаимодействии ультразвуковой волны 11, возникающей в кристалле при работе УЗП 7, со световой волной возникает Брэгговская дифракция, позволяющая выделить из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн, поскольку с монохроматическим звуком эффективно взаимодействуют лишь те световые волны, длины которых с достаточной точностью удовлетворяют условию Брэгга.
Изменяя частоту звука, можно измеряемый интервал перемещать по оптическому спектру в широких пределах. На этом основано использование АОЯ в качестве спектрального прибора, перестраиваемого оптического фильтра.
Таким образом в АОФ используется анизотропная дифракция в двулучепреломляющих кристаллах. Разделение проходящего и диафрагированного света осуществляется системой поляризаторов. На АОЯ попадает световой луч 6 с произвольной поляризацией. При этом входным поляризатором служит отражающая грань 2, на которой световой луч 6 разделяется на два луча с обыкновенной и необыкновенной поляризациями (не показано). Выделение продифрагированного луча нужной поляризации осуществляется поляризатором 8.
При этом луч с необыкновенной поляризацией отклоняется от луча с обыкновенной поляризацией на значительный угол. Этот угол зависит от материала и типа АОЯ. Например, для АОЯ из парателлурита с γ=7° и θ=16,4° (где на фиг.1 с - оптическая ось кристалла), работающей в спектральном диапазоне 400-800 нм, угол между обыкновенным и необыкновенным лучами на выходе АОЯ составляет от 7° до 9° в зависимости от длины волны света. Столь значительный угол достаточен для разделения этих лучей или подавления необыкновенного луча оптическими средствами.
Наличие в оптической схеме АОФ оптической грани 2, скошенной под углом 45° к оптической грани 4 (фиг.1), позволяет исключить из схемы один поляризатор, поскольку в этом случае роль поляризатора эффективно выполняет отражающая грань 2.
При реализации схемы двойного монохроматора (фиг.2) происходит двойное взаимодействие луча 6 света с ультразвуковым лучом 11. В этом случае из схемы исключаются один или два поляризатора. Кроме того, пространственно разделяются входной и выходной лучи, что во многих случаях важно при практическом применении АОФ.
1. Неколлинеарный акустооптический фильтр, содержащий акустооптическую ячейку, выполненную из одноосного оптического кристалла, преимущественно парателлурита, включающий в себя первую и вторую оптические грани и ультразвуковой преобразователь, расположенный на третьей грани, а также поляризатор, расположенный по ходу светового луча за первой оптической гранью, отличающийся тем, что четвертая грань выполнена оптической и входной для светового луча, а отражающая вторая оптическая грань скошена по отношению к четвертой грани под углом 45°, а поляризатор установлен на выходе светового луча.
2. Неколлинеарный акустооптический фильтр по п.1, отличающийся тем, что между второй и четвертой гранями дополнительно выполнена пятая оптическая грань, расположенная перпендикулярно четвертой грани, при этом фильтр дополнительно содержит поворотную крышеобразную призму, установленную за поляризатором, размещенным за первой оптической гранью по ходу светового луча, и дополнительный поляризатор, установленный за пятой гранью акустооптической ячейки.
