CS199491B1 - Acoustic-optical unit - Google Patents

Description

Vynález se týká akustooptické jednotky k vychylování světelného paprsku a pro zpracování informace. Akustooptické jednotka využívá ohybu světla na akustické vlně v opticky anizotropním krystalu.

* Ve známých akustooptických jednotkách pro vychylování světelného paprsku a pro optické zpracování informace se využívá ohybu světla na akustických vlnách vytvořených piezoelektrickým měničem ve vhodném akustooptickém prostředí, tvořeném kapalinou nebo častěji pevnou látkou. Důležitými parametry akustooptické jednotky z hlediska její technické aplikace jsou mimo jiné difrakční účinnost, tj. poměr mezi intenzitou světla vychýleného a dopadajícího paprsku, a šířka kmitočtového pásma akustooptické jednotky Δ f. V opticky izotropních materiálech platí pro Šířku kmitočtového pásma akuatooptické interakce Δϊ vztah

Δ f = ·²· ·^η-^- (1)» o^fo^L kde: n je index lomu akuatooptického materiálu pro světlo o vlnové délce Λ_β, f je střední kmitočet jednotky, v je rychlost šíření akustické vlny v akusto optickém materiálu a L je délka oblasti akustooptické interakce.

Zvětšení šířky pásma zmenšováním ,dálky oblasti ákustooptické interakce

L je nevýhodné, neboť přitom klesá difrakšní účinnost jednotky.

Je známa rovněž ákustooptické jednotka využívající difrakce na akustické vlně vytvářené rovinnou nebo stupňovitou řadou fázovaných piezoelektrických měničů. Tato uspořádání, zejména se stupňovitou řadou měničů, jsou podstatně technologicky náročnější a tedy i nákladnější. Nejjednodušší uspořádání s rovinnou opačně fázovanou řadou měničů má navíc tu nevýhodu, že k ohybu světla se využívá méně než polovina akustického výkonu generovaného piezoelektrickými měniči. Celková výhodnost těchto uspořádání silně klesá, vzrůstá-li relativní šířka pásma ákustooptické jednotky f/f_Q.

Další známá ákustooptické jednotka využívá ohybu světla na akustické vlně v opticky anizotropním krystalu, při němž se mění polarizace světelné vlny. Toto uspořádání umožňuje zvětšit šířku kmitočtového pásma Δί akustooptické interakce beze změny délky oblasti ákustooptické interakce L, avšak tato výhoda se rovněž ztrácí při velkých relativních šířkách kmitočtového pásma Δ f/f_Q. Popisovaná uspořádání vyžadují rovněž speciální přesnou orientaci akustooptického krystalu. Časové konstanta akustooptických jednotek tohoto typu bývá značně velká, což omezuje jejich použití.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny akustooptickou jednotkou z opticky dvojlomného krystalu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že index lomu ve směru prvé hlavní osy elipsoidu indexů lomu krystalu, kolmé k prvé ploše, na níž je připojen zdroj akustické vlny, je menší, než index lomu ve směru druhi hlavní osy elipsoidu indexů lomu krystalu, kolmé ke vzájemně protilehlým plochám pro vstup a výstup světelné vlny.

Výhoda ákustooptické jednotky podle vynálezu spočívá v tom, že pro šířku pásma ákustooptické jednotky platí vztah

kde: je index lomu odpovídající prvé hlavní ose elipsoidu indexů lomu akustooptickébo krystalu a jig J^e index lomu odpovídající druhé ose elipsoidu indexů lomu akustooptického krystalu, takže dochází ke zvětšení šířky kmitočtového pásma akuatooptické jednotky Δ f v poměru oproti ákustooptické jednotce z izotropního akustooptického materiálu s indexem lomu Přitom není třeba zmenšovat délku oblasti ákustooptické interakce £. Pri téže šířce kmitočtového pásma Áf je možno zvětšit v poměru (fig/Hi) délku oblasti akustooptické interakce £ a tím úměrně snížit potřebný akustický příkon akustooptické jednotky. Z tohoto hlediska jsou nejvýhodnější krystaly s velkou optickou anizotropií, tj, s velkým poměrem > ^{a 8} výraznými akustooptickými vlastnostmi, jako krystaly halogenidů jednomocné rtuti. Další výhodou akustooptické jednotky podle vynálezu je, že zvýšení šířky kmitočtového pásma nebo snížení elektrického příkonu se dosahuje bez zvýšení technologické náročnosti

- 3 prvku. Oproti akustooptické jednotce využívající difrakce še změnou polarizace světelné vlny se výhodnost akustooptické jednotky podle vynálezu zachovává i při velkých relativních šířkách kmitočtového pásma A f/f_Q. Ještě další výhodou akustooptické jednotky podle vynálezu je, že pracuje s rychlejší podélnou akustickou vlnou, čímž se snižuje časová konstanta akustooptické jednotky.

K dosažení uvedených výhod akustooptické jednotky podle vynálezu je-třeba, aby vektor intenzity elektrického pole světelné vlny ležel ve směru šíření podélné akustické vlny. To je velmi výhodné i z hlediska účinnosti akustooptické interakce, neboť mnohé anizotropní krystaly, např. halogenidy jednomocné rtuti, vykazují pro tuto konfiguraci velmi výrazné akustooptické vlastnosti. ’

Příklad akustooptické jednotky podle vynálezu je naznačen na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je schematicky znázorněna akustooptická jednotka podle vynálezu a na obr. 2 je znázorněn elipsoid indexů lomu anizotropního akustooptického krystalu.

Akustooptická jednotka je tvořena výbrusem z opticky anizotropního krystalu 1. K prvé ploše 2 akustooptické jednotky je připojen piezoelektrický zdroj podélné akustické vlny £. Pár vzájemně protilehlých druhých ploch 4, 4' je určen pro vstup £ a výstupy 6, 6' světelné vlny. Směr elektrického pole £ dopadající světelné vlny je k prvé ploše 2 kolmý. Prvá plocha 2 je kolmá k prvé hlavní ose elipsoidu indexů lomu g a druhé protilehlé plochy 4» jsou kolmé k druhé hlavní ose g elipsoidu indexů lomu.

Elipsoid indexů lomu akustooptického krystalu £ mé tři hlavní osy. První hlavní ose g elipsoidu indexů lomu odpovídá prvý index lomu a druhé hlavní ose g elipsoidu indexů lomu odpovídá druhý index lomu a₂·

Příklad 1 .

Akustooptická jednotka podle vynálezu pozůstává z opticky pozitivního jednoosého krystalu kalomelu. Prvá plocha 2, k níž je připojen piezoelektrický zdroj £ podélné akustické vlny, je kolmá je krystalografickému směru flioj , který je totožný s prvou hlavní osou g elipsoidu indexů lomu, a druhé plochy 4, 4' pro vstup £ a výstupy 6,, 6' světelné vlny jsou kolmé k optické ose krystalu [00lj , která je totožná s druhou hlavní osou g elipsoidu indexů lomu. Pro světlo o vlnové délce 0,6328 ^Um polarizované ve směru [ÍICQ Činí zvětšení kmitočtové šířky pásma 80 %. V daném případu je index lomu n^ roven řádnému indexu lomu krystalu kalomelu (n^ = 1,97) a index lomu n,₂ ^se rovné mimořádnému indexu lomu*krystalu kalomelu (fi₂ ~ 2,64)· Příklad 2

Akustooptická jednotka podle vynálezu z monokrystalu biftalétu cézia je zhotovena tak, že piezoelektrický zdroj £ podélné akustické vlny je připojen k prvé ploše 2 kolmé-ke krystalografickému směru (OOl) , který je totožný

-.-4s prvou osou 8 elipsoidu indexů lomu, a druhé plochy 4, is. P^ro vstup 2 ^a výstupy 6, 6' světelné vlny jsou kolmé ke krystalografickému směru £ΐθθ3 , který je totožný s druhou hlavní osou 2 elipsoidu indexů lomu. Index lomu biftalátu cézia na vlnové délce světla 0,560 <<m ve směru prvé hlavní osy £Q0£] je n^ = 1,53 a index lomu ve směru druhé hlavní osy £lOC>3 je n₂ = 1,67. V tomto případě zvětšení kmitočtové Šířky pásma pro světlo polarizované ve směru [oOl] činí 30 %.

Akustooptickou jednotkou podle vynálezu je možno použít pro vychylování světelného paprsku s zařízeních pro optický záznam dat pro optické zpracování signálů, v laserových displejích a podobné.

Claims (1)

1. Akustooptická jednotka z opticky dvojlomného krystalu, jehož prvá plocha, na níž je připojen zdroj podélné akustické vlny, je kolmá k prvé hlavní ose elipsoidu indexů lomu krystalu a vzájemně protilehlé druhé plochy pro vstup a výstup světelné vlny jsou kolmé k druhé hlavní ose elipsoidu indexů lomu krystalu, vyznačující se tím, že index lomu (n₂) ve směru druhé hlavní osy (9) elipsoidu indexů lomu krystalu je větší než index lomu (n^) ve směru prvé hlavní osy (8) elipsoidu indexů lomu krystalu.