Двойной акустический монохроматор на одном кристалле

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 области определения физико-химических характеристик материалов, а именно - к прикладной оптике, и может быть использовано в акустооптических спектрометрах, газоанализаторах и в спектроскопии комбинационного (рамановского) рассеяния.

Известны различные конструкции акустооптических монохроматоров (US, патент №3756689, опубл. 1973 г.; US, патент №4052121, опубл. 1977 г.; SU, авторское свидетельство №1340395, опубл. 1988 г; SU, авторское свидетельство №1406554, опубл. 1988 г.; US, патент №4720177, опубл. 1988 г.; US, патент №5329397, опубл. 1994 г.; RU, патент №2169936 С2, опубл. 2001 г.).

Акустооптические монохроматоры относятся к перестраиваемым оптическим фильтрующим устройствам, которые предназначены для выделения из широкополосного спектрального светового потока части излучения, лежащей в узкой спектральной области - полосе пропускания. Акустооптические монохроматоры характеризуются функцией пропускания Т(λ), которая определяет коэффициент пропускания света на любой длине волны λ. Отношение величины полезного сигнала на выходе монохроматора, пропорционального интегралу по полезной полосе пропускания (обычно между первыми нулями главного лепестка полосы пропускания), к величине паразитного светового сигнала, пропорционального интегралу по остальной части регистрируемого спектра, можно назвать спектральным контрастом монохроматора. Он зависит от наличия и величины боковых лепестков полосы пропускания, паразитных полос и фонового широкополосного просачивания излучения из-за деполяризации и рассеяния в веществе и поверхности акустооптической ячейки. Для узкополосных фильтров таким образом определяемый контраст обычно составляет величину около единицы. Т.е. сигнал равен фону, хотя коэффициент пропускания за полосой пропускания очень низкий, благодаря широкой относительной полосе регистрации фонового сигнала и, соответственно, большому накопленному интегральному значению, фон становится значительным. Монохроматор с более высоким спектральным контрастом обеспечивает более низкий уровень излучения, регистрируемого вне полосы пропускания, и соответственно лучшее качество фильтрации, а в применении к задачам спектрометрии более высокую точность измерения спектра.

Следует отметить также, что характерный масштаб функции пропускания, в частности расстояние между нулями, определяется такими параметрами акустооптического фильтра, как разность показателей преломления кристалла Δn, из которого он выполнен, длиной акустооптического взаимодействия L, а также геометрией акустического взаимодействия, определяемой углами между световым и звуковым пучками. Все эти параметры являются фиксированными для каждого акустооптического фильтра и определяются его конструкцией.

Известен (Мазур М.М. и др.. Двойной акустооптический монохроматор на CaMoO4; Оптика и спектроскопия, том 67, вып.3, 1989 г.; Мазур М.М. и др. Спектрометр с двойным акустооптическим монохроматором; Оптика и спектроскопия, том 81, вып.3, 1996 г.) двойной акустооптический монохроматор, содержащий два акустооптических фильтра, у которых оптический выход первого АО фильтра оптически связан с оптическим входом второго АО фильтра. Двойная монохроматизация излучения, при которой излучение пропускают последовательно через пару одинаковых акустооптических фильтров фильтров, позволяет повысить спектральный контраст, поскольку подавление паразитных, боковых и фоновых сигналов происходит второй раз, в то время как основной лепесток полосы пропускания ослабляется при высоком коэффициенте передачи (70%-100%) незначительно.

Известен (Harris S.E. Nich CaMoO electronically tunable optical filter. - Appl. Phys. Lett., 1970, v.17, №5, p.223-225) коллинеарный акустооптический фильтр, состоящий из последовательно расположенных на одной оптической оси первой поляризационной призмы, первой компенсирующей призмы, светозвукопровода из монокристалла группы шеелита, ориентированного вдоль направления [100] нормали входной и выходной грани которого лежат во взаимноортогональных плоскостях, с прикрепленными к светозвукопроводу пьезопреобразователем и поглотителем звука, вторых компенструющей и поляризационных призм.

Недостатками известного акустооптического фильтра следует признать наличие значительного уровня сигнала от паразитных окон пропускания.

Известен также (RU, патент 2258206, опубл. 2005) акустооптический видеомонохроматор для фильтрации оптических изображений, содержащий первый акустооптический фильтр, выполненный неколлинеарным, и элемент для компенсации дисперсии, установленный по ходу светового луча за первым акустооптическим фильтром, причем выход первого акустооптического фильтра оптически связан с оптическим входом элемента для компенсации дисперсии, причем в качестве элемента для компенсации дисперсии использован второй акустооптический фильтр, выполненный неколлинеарным с геометрической формой и с кристаллом, идентичными упомянутому первому акустооптическому фильтру, причем второй акустооптический фильтр установлен с поворотом его геометрической формы относительно геометрической формы первого акустооптического фильтра на 177-183° вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракции кристалла первого акустооптического фильтра.

Недостатком известного акустооптического фильтра следует признать сложность его конструкции и настройки.

Известен также (RU, патент 2244779, опубл. 2004) двойной акустооптический монохроматор, содержащий два акустооптических фильтра, у которых оптический выход первого акустооптического фильтра оптически связан с оптическим входом второго акустооптического фильтра, причем один из акустооптических фильтров выполнен с полосой пропускания в 1,35-1,55 раз шире, чем другой акустооптический фильтр, что обеспечивает лучшее подавление боковых лепестков полосы пропускания.

Недостатком известного акустооптического фильтра следует признать сложность его конструкции, изготовления и настройки. Акустооптические фильтры, установленные последовательно друг за другом, должны иметь идентичные частоты управления и должны устанавливаться относительно друг друга с высокой точностью по углу ориентации во избежание ухудшения параметров системы из-за несовпадения полос пропускания или ухудшения параметров контраста из-за взаимной разориентации. Как правило, это вызывает необходимость применения специальных технологических приемов изготовления и настройки таких систем.

Известный двойной акустооптический монохроматор в дальнейшем будет использован в качестве ближайшего аналога разработанного технического решения.

Техническая задача, решаемая с использованием разработанного устройства, состоит в создании двойного акустооптического монохроматора, который может быть использован в акустооптических спектрометрах, газоанализаторах и в спектроскопии комбинационного (рамановского) рассеяния.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении производства и наладки двойного акустооптического монохроматора за счет изготовления только одной ячейки вместо двух, двух поляризаторов вместо трех-четырех и соответственных котировочных и настроечных приспособлений, вдвое уменьшает энергопотребление монохроматора при том же коэффициенте передачи при сравнимом спектральном контрасте, присущем двойному монохроматору и количество технологических операций при производстве прибора.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать двойной акустооптический монохроматор на одном кристалле разработанной конструкции. Двойной акустооптический монохроматор содержит установленные по ходу оптического луча часть первого входного поляризатора, акустооптическую ячейку, второй поляризатор, поворотную призму, установленную с возможностью возврата оптического луча в соседнюю часть второго поляризатора, затем в соседнюю часть указанной акустооптической ячейки и затем, в часть первого поляризатора, выполняющего функцию выходного поляризатора. В качестве поляризаторов могут быть использованы поляризационные призмы Глана и любые другие поляризационные приспособления, не искажающие прямой ход луча. Акустооптическая ячейка может быть выполнена из парателлурита, молибдата кальция, кристаллического кварца или любого другого материала с эффектом анизотропной акустооптической дифракции.

Двойной акустооптический монохроматор на одном кристалле работает следующим образом.

Входной луч полихроматического света, сформированный по размеру и угловой апертуре (расходимости) внешним устройством, проходит через часть (примерно 1/2) первого поляризатора и приобретает линейную поляризацию. Поляризованное полихроматическое излучение проходит через часть (1/2) линейной апертуры ячейки, где при наличии ультразвуковой волны соответствующей частоты и мощности, узкополосная часть излучения меняет свою поляризацию на перпендикулярную. Все излучение проходит через ячейку и попадает на часть второго поляризатора, где не изменившее свою поляризацию излучение поглощается. Проходит второй поляризатор только часть излучения, претерпевшая узкополосную дифракцию на ультразвуке с поворотом плоскости поляризации и направления на угол дифракции и малая паразитная часть основного потока, либо изменившая поляризацию на дефектах кристалла и поверхности, либо недостаточно поглощенная поляризатором. Поворотная призма точно по направлению возвращает прошедший, уже узкополосный, луч опять на второй поляризатор, но в другую его часть, соседнюю, где луч дополнительно очищается и поляризуется от фонового излучения. Прошедший луч попадает опять в ячейку, но противоположно по направлению первого процесса дифракции и в другую, соседнюю область ячейки, где претерпевает еще одну узкополосную дифракцию на ультразвуке с поворотом плоскости поляризации и направления. В результате двух процессов дифракции для узкой части спектра происходит возврат к прежнему состоянию поляризации и к чисто противоположному направлению распространения. Излучение из ячейки попадает на вторую часть первого поляризатора и проходит его, дополнительно очищаясь от паразитных сигналов и фона. Надо отметить, что благодаря объединенной сдвоенной конструкции поляризаторов обеспечивается точная ориентировка осей частичных монохроматоров без усложнения конструкции, а использование одной ячейки с одним звуковым потоком и чисто противоположным распространением лучей света обеспечивает бесподстроечное совпадение частот взаимодействия двух процессов диффракции двойного монохроматора и, соответственно, устройства подстройки частот взаимодействия. Кроме того, в качестве дополнительного преимущества, отсутствуют вторая система возбуждения ультразвука, вторая система поглощения ультразвука, соответственно вдвое уменьшается потребление энергии двойным монохроматором и количество технологических операций при изготовлении прибора.

Использование разработанного устройства удешевляет и упрощает производство и наладку двойного акустооптического монохроматора за счет изготовления только одной ячейки вместо двух поляризаторов вместо трех-четырех и соответственных котировочных и настроечных приспособлений, вдвое уменьшает энергопотребление монохроматора при том же коэффициенте передачи при сравнимом спектральном контрасте, присущем двойному монохроматору и количество технологических операций при производстве прибора.

Двойной акустооптический монохроматор на одном кристалле, отличающийся тем, что он содержит установленные по ходу оптического луча часть первого входного поляризатора, акустооптическую ячейку, второй поляризатор, поворотную призму, установленную с возможностью возврата оптического луча в соседнюю часть второго поляризатора, затем в соседнюю часть указанной акустооптической ячейки и затем, в часть первого поляризатора, выполняющего функцию выходного поляризатора.



 

Похожие патенты:

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.

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

Изобретение относится к устройствам для управления лазерным излучением. .

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

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

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

Изобретение относится к области приборостроения. .

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

Изобретение относится к области прикладной оптики и спектрометрии и касается акустооптического монохроматора. Монохроматор содержит неколлинеарный акустооптический фильтр, отличающийся тем, что в качестве элемента для компенсации дисперсии использована выходная грань кристалла акустооптической ячейки фильтра.

Телескоп может быть использован в оптико-электронных космических телескопах для дистанционного зондирования Земли. Телескоп содержит объектив, установленные в фокальной плоскости оптико-электронные приемники изображения и спектрометр, содержащий входную щель, установленную в фокальной плоскости объектива, и фокусирующую диспергирующую систему.

Изобретение относится к области оптического приборостроения. .

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматизированной регистрации спектров поглощения и люминесценции. .

Изобретение относится к спектрофотометрии. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области спектроскопии. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в различных оптических приборах для селекции спектральных линий. .

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.
Наверх