Фильтры акустооптические

В гл. 9 было показано, что при взаимодействии световых пучков со звуковой волной в фотоупругой среде возникает много интересных явлений. Эти явления (например, брэгговская дифракция) могут быть использованы при создании модуляторов света, дефлекторов пучков, перестраиваемых фильтров, анализаторов спектра и устройств обработки сигналов. Использование акустооптического взаимодействия позволяет модулировать лазерное излучение или обрабатывать с высокой скоростью информацию, переносимую излучением, поскольку при этом отпадает необходимость в использовании каких-либо механических перемещающихся элементов. Это свойство аналогично электрооптической модуляции с той лишь разницей, что при акустооптическом взаимодействии вместо постоянных полей применяются ВЧ-поля. Последние достижения в применениях акустооптических устройств обусловлены главным образом наличием лазеров, которые генерируют интенсивные когерентные световые пучки, развитием эффективных широкополосных преобразователей, генерирующих упругие волны с частотами вплоть до микроволновых, а также открытием веществ, обладающих замечательными упругими и оптическими свойствами. В данной главе мы изучим различные устройства, основанные на брэгговской дифракции. Будут рассмотрены их характеристики пропускания, эффективность дифракции, рабочая полоса частот и другие параметры. [c.393]

АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ФИЛЬТРЫ [c.419]

Из выражения (10.3.4) видно, что волновое число (2тг/Х) дифрагированного света пропорционально частоте звука /. Идеальный акустооптический перестраиваемый фильтр обычно работает в условиях, когда [c.420]

РИС. 10.11. Расчетный коэффициент пропускания акустооптического перестраиваемого фильтра в зависимости от нормированного отклонения частоты Д/ЗЬ/тг. Кривая I — максимум пропускания равен 100% (а = 1) кривая 2 — максимум пропускания равен 50% (а = 1/2). Параметр а входит в выражение (10.3.13). [c.421]

РИС. 10.13. Диаграмма волновых векторов для внеосевого оптического пучка в кол-линеарном акустооптическом перестраиваемом фильтре. Взаимодействие в этом случае происходит в плоскости ху одноосного кристалла. [c.425]

Согласно (10.3.19), акустооптический фильтр по существу действует как решетка с разрешающей способностью (Х/ДХ,/2), пропорциональной полному числу периодов (акустических длин волн). Угловая апертура фу2 коллинеарного акустооптического фильтра, описанного выше, намного превосходит апертуру дифракционной ре- [c.426]

Рис. 6.8. Схема лазера на красителе, синхронно-накачиваемого второй гармоникой YAG Nd + лазера с активной синхронизацией мод, без разгрузки резонатора (с) и с разгрузкой (б) 1 — струя накачиваемого красителя, 2 — фильтр Лио, 3 — акустооптический дефлектор, служащий для периодического вывода импульса из резонатора

Таблица 7.14. Акустооптические перестраиваемые фильтры

Рис. 13.19. Акустооптический фильтр сжатия ЛЧМ-сигналов.

Например, сжатие ЛЧМ-сигнала во времени может быть осуществлено с помощью устройства, изображенного на рис. 13.19. Принцип действия его основан на том, что углы рассеяния света, прошедшего через различные участки звукового поля, обратно пропорциональны длине волны звука. Поэтому весь дифрагированный свет практически одновременно попадает на вход фотоприемника, что и влечет за собой сжатие ЛЧМ-сигнала. Коэффициенты сжатия для устройств подобного типа составляют - 100 [6, 56]. Для сравнения вспомним, что в акустоэлектронных фильтрах с апериодическими отражательными решетками (см. 4 гл. 12) этот параметр достигает нескольких десятков тысяч. Используя нелинейность характеристики фотоприемника, можно получить функцию свертки двух противоположно направленных акустических сигналов [571. Для этого на кристалл нужно направить пучок света и выделить с фотоприемника дифрагированный световой сигнал на двойной частоте. Согласно [57] вносимые потери устройства, использующего дифракцию на поверхностных акустических волнах, составляли 44 дБм, что вполне сопоставимо с эффективностью акустоэлектронных устройств свертки на основе токовой нелинейности (см. 7 гл. 12). Для повышения конкурентоспособности акустооптических процессоров необходимы дальнейшие поиски материалов с высокими фотоупругими свойствами. Определенные возможности здесь открывает использование взаимодействия света с волнами пространственного заряда, сопровождающего распро- [c.365]

Акустооптические фильт-р ы. Брэгговская дифракция позволяет выделить из широкого спектра оптич. излучения достаточно узкий интервал длин световых волн, поскольку с монохроматич. звуком эффективно взаимодействуют лишь те световые волны, длины к-рых с достаточной точностью удовлетворяют условию Брэгга. Изменяя частоту звука, можно выделяемый интервал перемеш ать по оптич. спектру в широких пределах. На этом основано использование АОЯ в качестве спектрального прибора — перестраиваемого оптич. фильтра. [c.36]

Перестраиваемые акустооптические фильтры [c.78]

Оригинальная геометрия коллинеарного фильтра описана в ра-е [52]. В качестве акустооптического материала использовался сталлический кварц (рис. 4.12). Фазовая скорость акустической ны, поляризованной по оси [100], совпадает с направлением [c.80]

Пример двухчастотной схемы с а кустооптическим модулятором, предназначенной для измерения одной компоненты скорости, показан на рис. 175 [72]. Устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, объектив 2, акустооптическую ячейку 3, фокусирующий объектив 4, приемный объектив 5, апертурную диафрагму 6, фотоприемник (фотодиод) 7, к которому подключены последовательно фильтр 8 и смеситель 9, к другому входу которого подсоединен генератор 10, питающий акустооптическую ячейку 3. Сигнал с выхода смесителя поступает на измеритель доплеров-ской частоты И. Луч лазера 1 после прохождения объектива 2 [c.300]

Существует много веществ, оптические свойства которых зависят как от направления распространения, так и от поляризации световых волн. К оптически анизотропным материалам относятся кристаллы, например кальцит, кварц и KDP, а также жидкие кристаллы. Эти материалы характеризуются многими необычными оптическими свойствами, такими, как двойное лучепреломление, оптическое вращение плоскости поляризации, поляризационные эффекты, коническая рефракция, электрооптические и акустооптические эффекты. Анизотропные кристаллы используются во многих оптических устройствах, например в призменных поляризаторах, поляризационных пластинах и в двулучепреломляющих фильтрах. Анизотропные нелинейные вещества используются также для достижения фазового синхронизма при генерации второй гармоники. Таким образом, очевидно, сколь важным для практического применения этих свойств является четкое представление о процессе распространения света в анизотропных средах. Данная глава целиком посвящена изучению распространения электромагнитного излучения в этих средах. [c.78]

При распространении электромагнитного излучения в периодических средах возникает много интересных и потенциально полезных явлений. К ним относятся дифракция рентгеновского излучения в кристаллах, дифракция света на периодических изменениях механических напряжений, возникающих при прохождении звуковой волны, и запрещенная зона для света в слоистых периодических средах. Эти явления используются во многих оптических устройствах, таких, как дифракционные решетки, голограммы, лазеры на свободных электронах, лазеры с распределенной обратной связью, лазеры с распределенным брэгговским отражением, брэгговские отражатели с высокой отражательной способностью, акустооптические фильтры, светофильтры Шольца и т. д. В данной главе мы рассмотрим некоторые общие свойства электромагнитного излучения в периодических средах и общую теорию его распространения в слоистой периодической среде. Эта теория имеет весьма близкую формальную аналогию с квантовой теорией электронов в кристаллах и поэтому позволяет использовать понятия блоховских волн, запрещенных зон, затухающих и поверхностных волн. Наконец, мы обсудим применение этой теории для решения ряда хорошо известных задач, таких, как расчет коэффициента отражения от брэгговского зеркала, коэффициентов пропускания фильтра Шольца и оптических поверхностных волн. Кроме того, мы обсудим двойное лучепреломление за счет формы и его применение в дихроичных поляризаторах. Периодические структуры играют также важную роль в интегральной оптике, рассмотрение которой мы отложим до гл. 11. [c.169]

Акустооптика изучает взаимодействие оптических волн с акустическими в различных веществах. Возможность такого взаимодействия впервые предсказал Бриллюэн в 1922 г., а затем ее экспериментально проверили в 1932 г. Дебай и Сиарс в США и Люка и Бигар во Франции. При взаимодействии света со звуковыми волнами наиболее интересное явление представляет собой дифракция света на акустических возмущениях среды. При распространении звука в среде возникает соответствующее поле напряжений. Эти напряжения приводят к изменению показателя преломления. Такое явление называется фотоупругим эффектом. Поле напряжений для плоской акустической волны является периодической функцией координат. Поскольку показатель преломления среды претерпевает периодическое возмущение, возникает явление брэгговской связи, как показано в гл. 6. Акустооптическое взаимодействие является удобным способом анализа звуковых полей в твердых телах и управления лазерным излучением. Модуляция света при акустооптическом взаимодействии находит многочисленные применения, в том числе в модуляторах света, дефлекторах, устройствах обработки сигналов, перестраиваемых фильтрах и анализаторах спектра. Некоторые из этих устройств мы рассмотрим в следующей главе. [c.343]

Создание перестраиваемых спектральных фильтров — это еще одна важная область применения акустооптического взаимодействия. Акустооптические перестраиваемые фильтры используют, как правило, широкоугольное акустооптическое взаимодействие одинаково направленных волн. Сильное акустооптическое взаимодействие происходит только при выполнении условия Брэгга (условия сохранения импульса). Если падающий пучок состоит из многих спектральных составляющих, то при данной акустической частоте только для одной из них будет выполняться условие Брэгга. Иными словами, лишь одна спектральная составляющая будет дифрагировать при данной акустической частоте. Следовательно, изменяя частоту звука, можно изменять также частоту (или длину волны) дифрагированного оптического пучка. Относительн я величина мощности падающего пучка, преобразуемая в дифрагированный пучок на длине взаимодействия L, в соответствии с выражением (9.5.49) имеет вид [c.419]

РИС. 10.12. а — схематическое представление акустооптического перестраиваемого фильтра на основе коллинеарного взаимодействия в кристалле LiNbOjj 6 — экспериментальная кривая перестройки фильтра. [c.422]

Харрис с сотр. [14, 15] предложили спектральный фильтр с электронной настройкой на основе коллинеарного акустооптического взаимодействия в оптически анизотропных средах и продемонстрировали его работу. В разд. 9.5.2 мы кратко рассмотрели одну из конфигураций взаимодействия с участием сдвиговой волны. В другом эксперименте, выполненном этими авторами, оптические волны и продольная акустическая волна распространялись вдоль оси X кристалла LiNbOj. На рис. 10.12, а показано схематически устройство этого фильтра. Падающий пучок может быть поляризован либо вдоль оси у, либо вдоль оси Z. Благодаря фотоупругому эффекту с постоянной /7,4 (= (см. задачу 10.4) возникает брэгговская дифракция в ортогональную поляризацию. Перестройка по спектру от длины волны 7000 до 5500 А была получена изменением акустической частоты от 750 до 1050 МГц (см. рис. 10.12, б). Для кристалла LiNbOj длиной 1,8 см с указанной на рис. 10.12, а ориентацией двулучепреломление равно Ап = 0,09. Из (10.3.9) следует, что ширина полосы пропускания АХ,/2 на длине волны X = 6250 А составляет около 2 А. Необходимо заметить, что в спектре пропускания не присутствуют вторичные полосы или полосы высших порядков, поскольку акустическая волна является синусоидальной. Интенсивность звука 1 , необходимая для 100%-ного преобразования мощности (т. е. для того, чтобы ,2 - = 7г/2), так же, как и в (10.1.9), определяется выражением (см. задачу 10.4) [c.423]

Из-за нагревания кристалла вследствие диссипации мощности звука в большинстве перестраиваемых фильтров трудно достичь 100%-ного преобразования мощности. Эти обстоятельства приводят к ущирению полосы пропускания акустооптического перестраиваемого фильтра. Проиллюстрируем это на следующем примере. Пусть условия работы таковы, что / jjZ- = тга/2, где а может изменяться от О до 1. Максимальное пропускание в этом случае равно Т - sin2(7ra/2), и, поскольку О < а < 1, оно меньше 100%. В соответствии с (10.3.1) коэффициент пропускания дается выражением [c.424]

При создании перестраиваемых спектральных фильтров можно также использовать неколлинеарное акустооптическое взаимодействие в анизотропных средах. Эти фильтры обладают некоторой универсальностью конструкции и имеют ряд важных практических преимуществ, а именно они позволяют в различных применениях свободно выбирать направления распространения и рабочую частоту звука для данного кристалла. Большую угловую апертуру по-преж-нему можно получить в случае, когда касательные к геометрическим местам концов волновых векторов падающего и дифрагиро- [c.427]

РИС. 10.14. Неколлинеарный акустооптический перестраиваемый фильтр, а— диаграмма волновых векторов в случае неколлинеарного акустооптического взаимодействия 6 — схематическое представление акустооптического перестраиваемого фильтра на основе кристалла TeOj. [c.427]

В традиционном спектральном анализе используется гетеродинное сканирование сигнала от узкополосного частотноизбирательного фильтра при этом информация о различных спектральных составляющих поступает последовательно и слишком медленно для многих практических применений. Использование для спектрального анализа акустооптического взаимодействия позволяет обрабатывать сигналы параллельно и получать все спектральные составляющие одновременно в оптическом виде. Эти методы играют важную роль для обработки сигналов в радарах. [c.431]

В лазерах ЛТИ-701, ЛТИ-702 (рис. 4.5, 4.6) происходит внутри-резонаторное преобразование во вторую гармонику излучения лазера, работающего в режиме акустооптической модуляции добротности резонатора с длиной волны 1,06 мкм. В качестве прео бразова-теля частоты используется кристалл иодата лития (ЫЮз), не требующий термостатирования, достаточно эффективный и относительно стойкий к лазерному излучению. При модуляции добротности мощность лазерного излучения внутри резонатора велика, поэтому специальных мер для его фокусировки в нелинейный элемент не требуется. Преобразователь частоты МЧ-104 включает в себя специальное выходное зеркало ( глухое на основной длине волны и пропускающее на длине ъолны гармоники), элемент из иодата лития размером 10x10x10 мм и оптический фильтр. Как [c.97]

В связи с тем, что оптические сигналы, отображающие коррелирующие функции в плоскостях Pia И Pjb, не могут быть отрицательными, знакопеременные коррелирующие функции необходимо записывать с использованием некоторого постоянного уровня смещения. Этот уровень смещения удаляется затем с помощью режекторного фильтра постоянной составляющей, устанавливаемого в частотной плоскости Рз коррелятора. Хотя описываемый коррелятор долгое время использовался с применением записи входных данных на ютопленке в плоскости Pia и синхронизируемой лентопротяжки в плоскости Pjb, однако необходимость в механическом перемещении фотопленки ограничивает быстродействие и точность данного коррелятора. Поскольку этот коррелятор в основном является системой формирования изображения, требования к точности установки его элементов, а также требования к степени когерентности используемого излучения существенно ниже, чем в корреляторе с частотной плоскостью. Схема описанного коррелятора представляет большой интерес, поскольку в нем для управления с высокой точностью перемещением одного сигнала относительно другого можно применять акустооптические ячейки (что с успехом и применялось в плоскости Pi ). В следующем разделе мы обсудим этот и другие типы акустооптических корреляторов. Акустооптические корреляторы имеют такие преимущества, как быстродействие и широкая полоса пропускания, но их можно использовать лишь для обработки одномерных сигналов. [c.573]

В числе схем, осуществляющих плавную перестройку частоты излучения лазеров, необходимо кратко упомянуть об устройствах электронного управления частотой, исключающих какие-либо механические перемещения регулирующих элементов. К ним относятся акустооптические фильтры. Характеристики пропускания нх управляются изменением частоты ВЧ-генератора, напряжение с которого подается на пьезопреобразователь светозвукопровода фильтра. [c.247]

Третья глава начинается с обзора различных режимов генерации лазера, включая режимы активной и пассивной модуляции добротности резонатора, синхронизации продольных и поперечных мод, модуляции нагрузки. Вводятся, анализируются и широко используются балансные уравнения (уравнения Статца— Де Марса и их модификации). На основе этих уравнений излагаются различные вопросы динамики одномодовых лазеров переходные процессы, приводящие к затухающим пульсациям мощности излучения, появление незатухающих пульсаций мощности при наличии слабой модуляции потерь, генерация гигантских импульсов при мгновенном включении добротности. Сопоставляются электрооптический и акустоопти-ческнй способы активной модуляции добротности. Подробно анализируются процессы в лазерах с просветляющимися фильтрами. Синхронизация продольных мод обсуждается с использованием как спектрального, так и временного подходов. При рассмотрении самосинхронизации мод в лазере с просветляющимся фильтром применяется временное описание на основе флуктуационных представлений. Временной подход используется также для описания акустооптической синхронизации мод в лазере с однородно уширенной линией усиления. Отдельно обсуждаются методы исследования сверхкоротких световых импульсов. [c.5]

Рис. 3. Схемы акустооптических фильтров на основе коллинеарной (а) и некол-линеарной (б) дифракций 1 — акусто-оптическая ячейка 2 — поляризатор 3 — анализатор 4 — излучатель ультразвука стрелками указана поляризация световых лучей.

Излагается теория акустооптического взаимодействия в из тройных и анизотропных материалах. Рассматриваются такие пр боры, как модуляторы, дефлекторы, фильтры, процессоры. Опис вается принцип действия, конструкция, особенности изготовлени характеристики, области применения. Приводятся параметры на более перспективных акустооптических материалов видимого и и фракрасного диапазонов. [c.2]

Увеличить эффективность фильтра можно отказав шись от условия коллинеарности фазовых скоростей, но потребовав его для групповых скоростей света и звука. Такой подход, описанный в работе [53], позволяет также за счет увеличения пути акустооптического взаимодействия, в соответствии с выражением (4.3), получить более высокое разрешение. При расчете геометрии взаимодействия фильтра очень важно обеспечить работоспо- [c.82]

Высокий коэффициент акустооптического качества парателлури-1 позволил отказаться от условия коллинеарности групповых оростей, сохранив при этом достаточную эффективность дифрак-1И [54]. Одновременно, правда, уменьшилось разрешение фильтра, ивисящее от длины пути акусто- [c.83]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...