CS199491B1

CS199491B1 - Acoustic-optical unit

Info

Publication number: CS199491B1
Application number: CS755378A
Authority: CS
Inventors: Cestmir Barta; Jiri Ctyroky; Iraida M Silvestrova; Jurij V Pisarevskij
Original assignee: Cestmir Barta; Jiri Ctyroky; Iraida M Silvestrova; Jurij V Pisarevskij
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1980-07-31

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.The present invention relates to an acoustooptical unit for deflecting light beams and for processing information. The acoustooptical unit uses the bending of light on an acoustic wave in an optically anisotropic crystal.

* 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* In known acoustooptical units for light beam deflection and optical information processing, light bending is used on acoustic waves produced by a piezoelectric transducer in a suitable acoustooptical environment formed by a liquid or, more often, a solid. Important parameters of the acoustooptical unit in terms of its technical application are, among other things, diffraction efficiency, ie the ratio between the light intensity of the deflected and incident beam and the frequency bandwidth of the acoustooptical unit Δ f.

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.F f = · ² · · ^η - ^ - (1) »o ^f o ^L where: n is the refractive index of the acoustic optic material for light of wavelength Λ _β , f is the center frequency of the unit, v is the acoustic wave propagation velocity and L is the length of the acoustooptical interaction region.

Zvětšení šířky pásma zmenšováním ,dálky oblasti ákustooptické interakceIncreasing bandwidth by shrinking, distance of acoustooptical interaction area

L je nevýhodné, neboť přitom klesá difrakšní účinnost jednotky.L is disadvantageous since the diffraction efficiency of the unit decreases.

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.Also known is an acoustooptical unit utilizing acoustic wave diffraction generated by a planar or stepped array of phased piezoelectric transducers. These arrangements, in particular with a stepped series of converters, are considerably more technologically demanding and therefore more expensive. Moreover, the simplest arrangement with a planar oppositely phased array of transducers has the disadvantage that less than half of the acoustic power generated by piezoelectric transducers is used to bend the light. The overall advantage of these arrangements decreases strongly as the relative bandwidth of the acoustooptical unit f / f _Q increases.

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.Another known acoustooptical unit utilizes the diffraction of light on an acoustic wave in an optically anisotropic crystal that changes the polarization of the light wave. This arrangement makes it possible to increase the frequency bandwidth Δί of the acoustooptical interaction without changing the length of the acoustooptical interaction area L, but this advantage is also lost at large relative bandwidths Δ f / f _Q. The described arrangements also require special precise orientation of the acoustooptical crystal. The time constant of acoustooptical units of this type is quite large, which limits their use.

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.The above drawbacks are overcome by the acoustooptical optical refractive crystal unit of the present invention, wherein the refractive index in the direction of the first major axis of the crystal refractive index ellipsoid, perpendicular to the first surface to which the acoustic wave source is attached, is less than the refractive index in the direction of the second major axis of the crystal refractive index ellipsoid, perpendicular to the opposing light wave input and output surfaces.

Výhoda ákustooptické jednotky podle vynálezu spočívá v tom, že pro šířku pásma ákustooptické jednotky platí vztahThe advantage of the acoustooptical unit according to the invention is that the bandwidth of the acoustooptical unit applies

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 náročnostiwherein: the refractive index corresponding to the first principal axis of the ellipsoid, the refractive indices akustooptickébo crystal and jig J ^refraction index corresponding to the second axis of the ellipsoid of the refractive indices of the acoustooptical crystal, so that to increase the frequency bandwidth akuatooptické units Δ f in a ratio compared acoustooptical unit of isotropic acoustooptical material with index There is no need to reduce the length of the acoustooptical interaction area 6. With the same frequency bandwidth ff, the length of the area of the acoustooptical interaction δ can be increased in a ratio (fig / H i) and thus proportionally reduce the acoustic power required of the acoustooptical unit. In this respect, crystals with large optical anisotropy, i.e., having a large ratio of> ^{and 8} distinct acoustooptical properties, such as monovalent mercury halide crystals are most preferred. Another advantage of the acoustooptical unit according to the invention is that increasing the bandwidth or reducing the electrical power is achieved without increasing the technological demands

- 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.- 3 element. In contrast to an acoustooptical unit using diffraction, by changing the polarization of the light wave, the advantage of the acoustooptical unit according to the invention is maintained even at large relative bandwidths A f / f _Q. Yet another advantage of the acoustooptical unit of the invention is that it operates with a faster longitudinal acoustic wave, thereby reducing the time constant of the acoustooptical unit.

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. ’In order to achieve the above advantages of the acoustooptical unit of the present invention, the light wave electric field intensity vector must lie in the direction of propagation of the longitudinal acoustic wave. This is also very advantageous in terms of acoustooptical interaction efficiency, since many anisotropic crystals, such as monovalent mercury halides, exhibit very acoustooptical properties for this configuration. ’

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.An example of an acoustooptical unit according to the invention is shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 schematically shows an acoustooptical unit according to the invention and Fig. 2 shows an ellipsoid refractive index ellipsis of an anisotropic acoustooptical crystal.

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.The acoustooptical unit is formed by a cut from an optically anisotropic crystal 1. A piezoelectric source of longitudinal acoustic wave 8 is connected to the first surface 2 of the acoustooptical unit. A pair of opposing second surfaces 4, 4 'are intended for light input and output 6, 6'. The direction of the electric field 6 of the incident light wave is perpendicular to the first surface. The first face 2 is perpendicular to the first major axis of the refractive index ellipsoid g and the second opposing faces 4 'are perpendicular to the second major axis of the refractive index ellipsoid g.

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·The ellipsoid of the refractive indices of the acoustic-optical crystal mé on my three major axes. The first major axis g of the ellipsoid refractive index corresponds to the first refractive index and the second major axis g of the ellipsoid refractive index corresponds to the second refractive index and ₂ ·

Příklad 1 .Example 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 2The acoustooptical unit of the invention consists of an optically positive uniaxial calomel crystal. The first surface 2 to which the longitudinal acoustic wave source 6 is connected is perpendicular to the crystallographic direction flioj, which is identical to the first major axis g of the refractive index ellipsoid, and the second surface 4, 4 'for the inlet 6 and the outlet 6, 6 The light waves are perpendicular to the optical axis of the crystal, which is identical to the second major axis g of the refractive index ellipsoid. For light with a wavelength of 0.6328 µm, polarized in the [µCQ direction] Increases the frequency bandwidth of 80%. In this case, the refractive index n ^ is equal to the proper refractive index of the calomel crystal (n ^ = 1.97) and the refractive index n, ₂ ^is equal to the extraordinary refractive index * of the calomel crystal (fi ₂ ~ 2.64) · Example 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 totožnýThe acoustooptical unit according to the invention of cesium biftallate monocrystal is made in such a way that the piezoelectric source 6 of the longitudinal acoustic wave is connected to a first surface 2 perpendicular to the crystallographic direction (OO1), which is identical

-.-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 %.4 with a first axis 8 of the refractive index ellipsoid, and a second surface 4, is. P ^ro input ^and two outputs 6, 6 'light waves are perpendicular to the direction krystalografickému £ ΐθθ3 which is identical with the second main axis of the ellipsoid two refractive indices. The refractive index of cesium biftalate at a wavelength of light of 0.560 m m in the direction of the first major axis QQ0 £] is n ^ = 1.53 and the refractive index in the direction of the second major axis l lOC> 3 is n ₂ = 1.67. In this case, the frequency bandwidth increase for the light polarized in the [α] 1 direction is 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.The acoustooptical unit according to the invention can be used for light beam deflection with optical data recording devices for optical signal processing, in laser displays and the like.

Claims

An optically birefringent acoustic unit having a first surface on which the longitudinal acoustic wave source is connected perpendicular to the first major axis of the crystal refractive index ellipsoid and mutually opposed second light wave input and output surfaces perpendicular to the second major axis of the refractive index ellipsoid characterized in that the refractive index (n ₂ ) in the direction of the second major axis (9) of the crystal refractive index ellipsoid is greater than the refractive index (n 2) in the direction of the first major axis (8) of the crystal refractive index ellipsoid.