CS213959B1

CS213959B1 - Acouistooptical filter

Info

Publication number: CS213959B1
Application number: CS185880A
Authority: CS
Inventors: Cestmir Barta; Jiri Ctyrocky; Iraida M Silvestrova; Jurij V Pisarevskij
Original assignee: Cestmir Barta; Jiri Ctyrocky; Iraida M Silvestrova; Jurij V Pisarevskij
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Vynález-se týká akustooptlckéhó filtru, který využívá difrakce světla na akustické vlně se současnou změnou polarizace světla v optioky anizotropním krystalu. Předmětem vynálezu je akustooptioký filtr z monokrystalu halogenidu jednomooné rtuti, k jehož prvé ploěe je připojen zdroj příčné akustické vlny, jehož podstatou je, že monokrystal je opracován tak,že jeho prvá plooha a další dvě protilehlé leštěné ploohy pro vstup a výstupy světelné vlny jsou kolmé k rovině, pootočené vůči krystalografické ploše /110/ kolem krystalografického směru 110 o úhel oo v rozmezí + 60 °,přičemž normála k prvé ploše svírá s krystalografickou osou 110 úhel β v rozmezí 0,1 0 až 15 0 a normály k leštěným ploohám pro vstup a výstupy světelnýoh svazků svírají s krystalografickou rovinou /110/ úhel i&v rozmezí 10 0 až 75 °. Akustooptioký laditelný filtr podle vynálezu je možno použít jako elektronioky řízený disperzní element v kvantové elektronioe, orientační spektrální analýze a v řadě dalších oblastí vědy a teohniky.The invention relates to an acoustooptical filter, which uses light diffraction to acoustic wave with simultaneous change of polarization of light in an optioc anisotropic crystal. The object of the invention is acousto-ophthalm a single-crystal halide filter mercury, to whose first surface is connected a source transverse acoustic waves, the essence of which is That single crystal is machined so that its first and two other polished faces for input and output light waves are perpendicular to the plane, rotated with respect to the crystallographic area (110) around the crystallographic direction 110 by an angle θ in the range of + 60 °, whereby it closes the normal to the first surface with the crystallographic one axis 110 the angle β in the range 0.1 0 up to 15 0 and norms to polished surfaces for the inlets and outlets of the light beams are clamped with by the crystallographic plane (110) the angle θ in the range 10 0 to 75 °. The acoustooptical tunable filter of the present invention can be used as electronically controlled dispersion element in quantum electronics, orientation and spectral analysis other areas of science and theohistory.

Description

Vynález se týká akustooptiokého filtru, který využívá difrakoe světla na akustioké vlně se současnou změnou polarizace světla v optioky anizotropním krystalu.' ' λBACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an acoustic ophthalmic filter that utilizes light diffraction on an acoustic wave while simultaneously changing the polarization of light in an optioc anisotropic crystal. 'λ

Ve známýoh akustooptiokýoh filtrech se využívá difrakoe světla na akustické vlně v Optioky anizotropním prostředí. Vlnová délka světla, pro níž nastává difrakoe světla se současnou změnou jeho polarlzaoe, závisí na kmitočtu akustioké vlny známým způsobem. Akusto-optioký prvek tak působí jako optloký filtr, jehož pásmo propustnosti je možno posouvat změnou kmitočtu akustioké vlny.In the known acousto-ophthalmic filters, diffraction of light on an acoustic wave is utilized in an Optioka anisotropic environment. The wavelength of the light for which the diffraction of the light occurs with a simultaneous change in its polarization depends on the frequency of the acoustic wave in a known manner. The acousto-optic element thus acts as an optoclean filter, the transmission band of which can be shifted by changing the acoustic wave frequency.

Jsou známy dva typy akustooptiokýoh laditelnýoh filtrů. Jeden z niob využívá tzv, kolineární interakoe, pří níž jsou směry šíření akustioké vlny i dopadajíoíha i difraktováného světla vzájemně rovnoběžné. Tento typ filtru klade značné nárokyna optloké, elastické i akustooptioké vlastnosti krystalů a vyžaduje zpravidla použití relativně vysokýoh akustiokýoh kmitočtů, Nevýhodou Je rovněž to, že dopadajíoí i difraktované světlo se Síří v témž směru, takže k Jejioh oddělení je třeba použít polarlzátoru.Two types of acoustooptical tunable filters are known. One niobium uses so-called collinear interacias, in which the directions of acoustic wave propagation and impingement and diffracted light are parallel to each other. This type of filter imposes considerable demands on the optocoupler, elastic and acoustooptical properties of the crystals and generally requires the use of relatively high acoustic frequencies. A disadvantage is also that the diffracted light diffuses in the same direction, so that a polarizer is required to separate it.

Jsou známy rovněž akustooptioké filtry, využívájíoí nekolineární akustooptioké interakoe v krystalu oxidu teluričltého (TeOg). Jeden z typů takovýoh filtrů obsahuje krystalioký výbrus, orientovaný tak, že příčná akustioké vlna se šíří ve směru (lič) se směrem kmitání £llÓj a světelná vlna se šíří v rovině (lio). Taková orientaoe výbrusu zajišťuje nízké úrovně potřebného ovládaoího vysokofrekvenčního výkonu, protože činitel akustooptioké interakoe je velmi vysoký, Mg «· 1200.10*^ s^kg“*·. Nevýhodou uvedeného akuetooptiokého filtru Je však Jeho velmi malá praoovní úhlová apertura, která činí pouhýoh 10-20 úhlovýoh minut. Tak malé rozbíhavosti nedosahují ani všechny laserové zdroje světla. ,Acousto-ophthalmic filters are also known, employing non-collinear acousto-ophthalmic interactions in the tellurium oxide crystal (TeOg). One type of such filters comprises a crystalline cut, oriented in such a way that the transverse acoustic wave propagates in the direction (l1) with the oscillation direction a10 l and the light wave propagates in the plane (l10). Such a grinding orientation ensures low levels of the required high-frequency control power, since the aco-ophthalmic interacoe factor is very high, Mg. The disadvantage of this aceto-ophthalmic filter, however, is its very small prong angle aperture, which is only 10-20 angular minutes. Not even all laser light sources reach such low divergences. ,

Jiný typ filtru obsahuje výbrus z krystalu oxidu teluričltého, orientovaný tak, že akustioké vlna se šíří ve směru, svírajíoím úhel 10 ⁰ se směrem Jlio) v rovině (1Ϊ0), v níž se šíří i světelná vlna. Směr kmitání příčná akustioké vlny je rovnoběžný se směrem JÍICl) .Taková orientaoe křystaliokého výbrusu umožňuje dosáhnout praoovní úhlové apertury dopadejíoího paprsku v rozmezí několika stupňů. Nedostatkem uvedeného akustooptiokého filtru je to, že v akustooptlokém prvku doohází k lnterakoi světlá se zvukem snižším činitelem akustooptioké interakoe, ttg 100.10 s kg , a zhoršuje se spektrální rez** lišení akustooptiokého filtru.Another type of filter comprises a cut from a tellurium oxide crystal, oriented so that the acoustic wave propagates in a direction (at an angle of 10 ^° with the direction Jlio) in the plane (1ině0) in which the light wave also propagates. The transverse direction of the transverse acoustic wave is parallel to the direction of the transverse acoustic wave. Such an orientation of the crystalline cut allows to achieve a pragmatic angular aperture of the incident beam in the range of several degrees. A disadvantage of the acoustooptical filter is that in the acoustooptical element there is some light with sound lowered by the acoustooptical interacoe factor, ttg 100.10 s kg, and the spectral cross-section of the acoustooptical filter differs.

Společnou nevýhodou všeoh výše uvedenýoh akustooptiokýoh filtrů je omezení spektrálního rozsahu filtrovaného světla na oblast vlnovýoh délek kratšíoh než 5 ,um.A common disadvantage of all the above-mentioned acousto-ophthalmic filters is the limitation of the spectral range of the filtered light to a wavelength region shorter than 5 µm.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny akustooptiokým filtrem z monokrystalu halogenidu Jednomooné rtuti, k jehož prvé ploše je připojen zdroj příčné e . . . , . ^J·The above drawbacks are overcome by an acousto-ophthalmic filter from a single-crystal mercury halide single crystal with a transverse source e connected to the first surface. . . ,. ^J ·

..akustioké vlny podle vynálezu, jehož podstatou je, že monokrystal je opracován í tak, že/jeho prvá plooha a další dvě protilehlé leštěné ploohy pro vstup a vý• <·< V·»·acustic wool according to the invention, the essence of which is that the single crystal is treated such that its first surface and the other two opposite polished surfaces for entry and exit

213999 stupy světelné vlny jsow kolmé k rovině, pootočené vůči krystalografické ploše (1Ϊ0) kolem krystalografického směru [lid] o úhel oo r rozmezí + 60 °, přičemž normála k prvé ploše svírá s krystalografickou osou jjLlQÍ úhel $ v rozmezí 0,1 ⁰až 13 ⁰ a normály k leštěným ploohám pro vstup a výstupy světelnýoh svazků svírají s krystalografickou rovinou (110) úhel $ v rozmezí 10 ⁰ až 75 °.213999 outputs light waves JSOW perpendicular to a plane rotated relative crystallographic surface (1Ϊ0) about the crystallographic direction [people] oo r through an angle of + 60 ° with the normal to the first face forming with the axis of the crystallographic $ jjLlQÍ angle in the range ⁰ to 0.1 ⁰ 13 and normal to the polished ploohám input output světelnýoh tufts form with the crystallographic plane (110) at an angle of between 10 $ ^0-75 °.

Výhoda akustooptiokého filtru podle vynélezu spočívá zejména v tom, že dosahuje lepšího vztahu mezi potřebným ovlédaoím příkonem a praoovní úhlovou aperturou· Kromě toho, akustooptické filtry z chloridu rtuťného mohou praoovat v rozmezí vlnových délek 0,38 - 20 pum, při použití krystalu bromidu rtuťného do vlnových délek 30 pum a s krystalem jodidu rtuťného až do 40 pum.The advantage of the acoustic ophthalmic filter according to the invention is in particular that it achieves a better relationship between the required control power and the prone angle aperture. wavelengths of 30 bombs and with a mercury iodide crystal of up to 40 bombs.

Střední kmitočet akustioké vlny je výhodné volit tak, aby se rovnal minimálnímu kmitočtu Braggovy difrakoe světla pro danou konfiguraoi filtru. Při takové volbě uspořádání je zajištěna poměrně velká práčovní úhlová apertura akustooptiokého filtru kolem 1 ⁰ - 2 ⁰ při zachování spektrálního rozlišení kolem 1 nm.The middle frequency of the acoustic wave is preferably chosen to be equal to the minimum frequency of the Bragg diffraction of light for a given filter configuration. When selecting such an arrangement is made relatively large working angular aperture acousto-optic filter, around 1 ⁰ - 2 ⁰ while keeping the spectral resolution of about 1 nm.

Akustooptioký filtr podle vynélezu dosahuje vysokého činitele akustooptio—15 3 —1 ké interakoe v rozmezí 100 - 580.10 s kg . Zvětšení úhlu mezi rovinou interakce a rovinou (110) zlepšuje rozlišení akustooptiokého filtru, ale zvyšuje ovládací příkon, zatím oo zmenšení úhlu snižuje potřebný příkon za cenu poklesu rozlišení akustooptiokého filtru.The acousto-ophthalmic filter according to the invention achieves a high acooptio-15-3-1 interacoe factor in the range of 100-580.10 s kg. Increasing the angle between the plane of interaction and plane (110) improves the resolution of the acoustooptical filter, but increases control input, while decreasing the angle reduces the power required at the cost of decreasing the resolution of the acoustooptical filter.

Na připojeném výkresu je schématioky znázorněno provedení akustooptiokého filtru podle vynálezu.The accompanying drawing shows schematically an embodiment of an acoustooptical filter according to the invention.

Přiklad provedení 1 :Example 1:

Akustooptioký filtr podle vynálezu je tvořen krystalem 1 chloridu rtuťného, k jehož prvé ploše 2 Je připojen zdroj 3 příčné akustické vlny se směrem kmitání [liO}· Normála N k této prvé ploše 2 svírá s krystalografickou osou [lid) úhel $ rovnající se 0,1 °. Normály tf a N k protilehlým leštěným plochám 4, 4', pro vstup 2 ^a výstupy 2' t 2 světelného svazku svírají s plochou (110) úhel í?’ = 28 °, přičemž rovina , proložené normálami N k prvé ploše 2 a Ν', N” , k protilehlým leštěným ploohém £ a 4' je od plochy(llO) pootočená, o úhel Λ = 20 °,The acousto-ophthalmic filter according to the invention consists of a mercury chloride crystal 1, to whose first surface 2 a transverse acoustic wave source 3 is connected with an oscillation direction [10]. 1 °. The normals tf and N to the opposite polished surfaces 4, 4 ', for the inlet 2 ^{and the} outlet 2' t 2 of the light beam form an angle β 'with the surface (110). = 28 °, the plane intersected by the normal N to the first surface 2 and Ν ', N' to the opposed polished planar surfaces a and 4 'is rotated from the surface (10O) by an angle Λ = 20 °,

Při délce zdroje akustioké vlny L 10 mm a kmitočtu akustické vlny f = 208 MHz je střední vlnová délka pásma propustnosti filtru 0,63 jim, rozlišení je 1,5 nm a praoovní úhlová apertura kolem 40'. Při výkonu akustické vlny 85 mW je optioká propustnost filtru 90 í.At an acoustic wave source length L of 10 mm and an acoustic wave frequency of f = 208 MHz, the mean wavelength of the filter's bandwidth is 0.63 µm, the resolution is 1.5 nm and the prong angle aperture is about 40 '. At an acoustic wave power of 85 mW, the optical transmittance of the filter is 90 µ.

Přiklad provedeni 2 :Example 2:

Akustooptioký filtr podle vynálezu je tvořen krystalem chloridu rtuťného 1 , k jehož prvé ploše 2 je připojen zdroj 2 příčné akustioké vlny se směrem kmitání [ňoj . Normála Nk této ploše 2 je pootočena vůči směru [llo) o úhel (i = 3 °. Normály N* a N k protilehlým leštěným plochám 4, 4', pro vstup 2 ^a výstupy 5' a jj , světelných svazků svírají s rovinou (110) úhel'#’ = 11 °, úhel oO je roven 0,1 °.The acousto-ophthalmic filter according to the invention consists of a mercury chloride crystal 1, to whose first surface 2 a transverse acoustic wave source 2 is connected with the oscillation direction. The normal Nk of this surface 2 is rotated relative to the direction [llo] by an angle (i = 3 °). The normal values N * and N to the opposite polished surfaces 4, 4 ', for the inlet 2 ^{and the} outlets 5' and jj, 110) angle '#' = 11 °, angle o0 is equal to 0.1 °.

Při déloe L = 10 mm zdroje 2 akustické vlny je filtr přeladitelný v rozsahuAt longer L = 10 mm of acoustic wave source 2, the filter is tunable in range

0,4 ř 1 /jm při změně kmitočtu v rozmezí 50 τ 200 MHz. Šířka pésma filtru je0.4 ø 1 / µm when changing the frequency in the range of 50 τ 200 MHz. Filter width is

0,9 ř 9 nm, úhlové apertura je mezi 0,5 ⁰ a 1 °.0.9 of 9 nm, the angular aperture is between 0.5 and 1 ⁰ °.

Potřebný ovlédaoí akustioký výkon je 86 mW.The required acoustic power output is 86 mW.

Akustooptloký laditelný filtr podle vynélezu je možno použít Jako elektronloky řízený disperzní element v kvantové elektronioe., v astrofyzloe, orientační spektrální analýze a v řadě dalšíoh oblastí vědy a teohniky.The acousto-optic tunable filter of the present invention can be used as an electronically controlled dispersion element in quantum electronics, astrophysics, orientation spectral analysis, and a variety of other fields of science and theology.

Claims

A mercury halide single crystal acousto-filter having a transverse acoustic wave source connected to the first surface, characterized in that the single crystal is machined so that its first surface (2) and the other two opposite polished surfaces (4, 4 '), for the inlet ( 5) and the light wave outlets (5 *, 5) are perpendicular to the plane ()), rotated with respect to the crystallographic surface (10O) about the crystallographic direction (λ 1 by an angle (ε) of + 60 ^° , with normal (N) to the first the surface (2) forms an angle ((i) between 0.1 ⁰ and 15 ⁰ and normal with the crystallographic axis (110) | (N'a N) to the polished surfaces (4, 4) for the inlet (5) and the outlets ( 5 * 5) light wave form with a crystallographic plane (110) an angle ($) in the range of 10 ⁰ to 75 °.