RU2366988C1 - Коллинеарный акустооптический фильтр - Google Patents

Коллинеарный акустооптический фильтр Download PDF

Info

Publication number
RU2366988C1
RU2366988C1 RU2008110673/28A RU2008110673A RU2366988C1 RU 2366988 C1 RU2366988 C1 RU 2366988C1 RU 2008110673/28 A RU2008110673/28 A RU 2008110673/28A RU 2008110673 A RU2008110673 A RU 2008110673A RU 2366988 C1 RU2366988 C1 RU 2366988C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crystal
axis
ultrasound
piezoelectric transducer
bevel
Prior art date
Application number
RU2008110673/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Николаевич Юлаев (RU)
Александр Николаевич Юлаев
Юрий Анатольевич Зюрюкин (RU)
Юрий Анатольевич Зюрюкин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
Priority to RU2008110673/28A priority Critical patent/RU2366988C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2366988C1 publication Critical patent/RU2366988C1/ru

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области приборостроения. В фильтре, содержащем звукопровод из анизотропного кристалла, пьезопреобразователь, входной поляризатор и выходной анализатор, в качестве звукопровода выбран анизотропный кристалл в форме призмы, протяженной вдоль кристаллографической оси х. Грань кристалла с пьезопреобразователем выполнена со скосом в плоскости ху в сторону положительной оси у, в два раза превышающим скос противоположной ей грани, отражающей ультразвук, скошенной в ту же сторону, причем величина углов скосов граней определена из условия обеспечения отражения ультразвука с последующим распространением вдоль оси х, совпадающей с направлением распространения светового луча, вводимого через одну или другую скошенные грани кристалла. Технический результат - повышение точности спектральных измерений. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическим системам и приборам, и предназначено для выделения узкого спектрального участка оптического излучения с электронной перестройкой основной длины волны.
Для обеспечения узости интервала пропускания целесообразно обращение к коллинеарной анизотропной дифракции света на ультразвуке, когда волновые вектора оптических и акустической волн параллельны или антипараллельны. Однако обеспечить подобное коллинеарное акустооптическое взаимодействие в техническом плане довольно непросто, т.к. пьезопреобразователь, возбуждающий ультразвуковую волну, будучи размещенным на пути падающего светового луча, затеняет область взаимодействия и затрудняет необходимый ввод света.
Известна схема фильтра, состоящего из звукопровода в форме прямоугольной трапециевидной призмы и пьезопреобразователя. Акустооптическое коллинеарное взаимодействие в указанном фильтре реализуется вдоль у-оси кристалла ниобата лития в форме [1]. Свет под углом Брюстера проникает в кристалл через одну из граней анизотропной призмы и, отразившись сначала от противоположной параллельной исходной грани, а потом от боковой скошенной грани, распространяется вдоль у-оси кристалла. Ультразвук возбуждается пьезопреобразователем продольных волн, размещенным на большей из двух параллельных граней. Отразившись от скошенной грани, продольная волна трансформируется в поперечную, которая далее распространяется вдоль у-оси кристалла.
К недостаткам такой конструкции можно отнести: во-первых, нежелательный энергетический снос ультразвука вдоль выбранного направления кристалла ниобата лития из-за наличия анизотропии акустических волн, заключающейся в неколлинеарности волнового и энергетического векторов акустического сигнала, что неизбежно приводит к уменьшению области акустооптического взаимодействия и, как следствие, - к снижению эффективности дифракции; во-вторых, эффективная работа фильтра возможна с использованием падающего света только одной поляризации. Наконец, к последнему недостатку можно отнести тот факт, что дифракция света происходит не только на попутной свету ультразвуковой волне, но и еще на отраженном от выходной грани акустическом пучке. Последнее ведет к появлению дополнительных нежелательных (паразитных) окон пропускания АОФ.
Известна схема фильтра, состоящего из пьезопреобразователя и звукопровода, выполненного на основе кристалла кварца [2].
В приведенной схеме трансформированный из продольного в поперечный ультразвуковой пучок после прохождения области акустооптического взаимодействия отражается в сторону противоположной скошенной гранью.
К преимуществу такого АОФ по сравнению с предыдущим можно отнести то, что дифракции света на стоячей акустической волне не возникает, но по-прежнему остается недостаток наличия акустической анизотропии пучка ультразвука. Кроме того, эффективность дифракции в кварце ниже, чем, скажем, в кристалле ниобата лития. Поэтому для обеспечения одинаковой узости полосы пропускания фильтра на основе кварца по сравнению с ниобатом лития габариты рассматриваемого прибора должны превосходить в несколько раз размеры последнего.
Известен фильтр, состоящий также из звукопровода, пьезопреобразователя и поляризатора, в котором падающий обыкновенно-поляризованный свет дифрагирует на встречной продольно-поляризованной акустической волне в необыкновенную волну [3]. Последняя выводится из области акустооптического взаимодействия, благодаря энергетическому сносу дифрагированного необыкновенного света. Несмотря на небольшой угол между волновым и энергетическим вектором необыкновенно-поляризованной оптической волны, возможен случай выделения дифрагированного излучения из исходного без применения анализатора, при подходящем выборе образца кристалла, его ориентации, а также апертур светового и звукового пучков.
Несмотря на то, что в рассмотренном АОФ исключен недостаток снижения эффективности дифракции по причине наличия акустической анизотропии, по-прежнему остается нежелательный факт дифракции света на отраженном от входной грани акустическом пучке.
В качестве прототипа настоящего изобретения может послужить коллинеарный акустооптический фильтр на кристалле, форма которого представляет собой усеченный клин [4]. На поверхности кристалла нанесены тонкопленочные зеркала. Фильтр содержит также входной поляризатор и выходной анализатор. Пьезопреобразователь расположен на одной из граней клина. Акустический пучок вводится в пространство взаимодействия через одну из граней кристалла, и, отразившись от противоположной поверхности, имеющей небольшой скос по сравнению с первой, ультразвук возвращается к исходной грани под некоторым углом, после достижения которой снова отражается и т.д. Траектория распространения пучка ультразвука представляет собой ломаную линию. Вдоль этой линии и направляется свет, который проникает в акустооптическую среду через скошенную грань кристалла в месте первого отражения ультразвука. Дальнейшее отражение света от граней кристалла осуществляется благодаря тонкопленочным зеркалам, нанесенным на внешних поверхностях кристалла.
Подобная конструкция устраняет выше оговоренные недостатки работы фильтра: снижение эффективности акустооптического взаимодействия по причине наличия акустической анизотропии и дифракцию света на встречном акустическом пучке. Однако предложенный вариант накладывает исключительные требования к выбору материала кристалла, к его срезу, к подходящему углу между отражающими гранями, чтобы обеспечить на всех отрезках ломаной линии, вдоль которых происходит дифракция, высокие величины эффективных упругооптических коэффициентов, одинаковых направлений волновых векторов необыкновенной и обыкновенной, а также акустической волн, нулевых энергетических сносов, как для света, так и для ультразвука.
Задачей изобретения является создание конструкции АОФ, при которой дифракция света происходит только на определенном одном отрезке бегущего пучка ультразвука с наибольшим возможным перекрытием световой и акустической волн, что позволяет обеспечить высокую точность спектральных измерений, расширить функциональные возможности при проведении измерений и обеспечить высокую надежность к внешним физическим воздействиям.
Технический эффект, который может быть получен при осуществлении изобретения: сужение полосы пропускания, уменьшение габаритов прибора, обеспечение высокой интенсивности дифрагированного светового пучка.
Для достижения поставленной задачи и технического эффекта в коллинеарном акустооптическом фильтре, содержащем звукопровод из анизотропного кристалла, пьезопреобразователь, входной поляризатор и выходной анализатор, в качестве звукопровода выбран анизотропный кристалл в форме призмы, протяженной вдоль кристаллографической оси х, грань кристалла с пьезопреобразователем выполнена со скосом в плоскости ху в сторону положительной оси у, в два раза превышающим скос противоположной ей грани, отражающей ультразвук, скошенной в ту же сторону, причем величина углов скосов граней определена из условия обеспечения отражения ультразвука с последующим распространением вдоль оси х, совпадающей с направлением распространения светового луча, вводимого через одну или другую скошенные грани кристалла.
На чертеже приведен общий вид предлагаемого устройства. Коллинеарный акустооптический фильтр состоит из звукопровода (1), выполненного в виде призмы, протяженной вдоль кристаллографической оси х, пьезопреобразователя (2), расположенного на грани звукопровода (1), скошенной под углом α к оси х в плоскости ху в сторону положительной оси у. Противоположная ей грань, отражающая ультразвук, имеет аналогичный скос под углом, равным α/2. На чертеже обозначены: поз.(3) - ультразвук, который распространяется к торцевой грани, скос которой выполнен под углом, равным α/2, отраженный от этой грани ультразвук обозначен позицией (4), распространяется вдоль оси х кристалла. Поз.(5) обозначен преломленный взаимодействующий световой луч, поз.(6) - входной световой луч, а поз.(7) - дифрагированный луч. Устройство также содержит входной поляризатор (8), выходной анализатор (9), расположенный на оптическом выходе устройства.
Работа устройства осуществляется по следующей схеме: возбуждаемый пьезопреобразователем (2) ультразвук (3) около одной скошенной грани кристалла распространяется к противоположной грани. Отразившись от последней и распространяясь вдоль оси х, ультразвук (4) вступает в дифракцию со световым лучом (5) вводимого в пространство взаимодействия через одну или другую скошенные грани звукопровода. Дифрагированный свет отделяется от остального с помощью анализатора (9).
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №805240, G02F 1/11, опубл. в 1981 г.
2. Патент РФ №2092797 С1, опубл. в 1997 г.
3. Авторское свидетельство СССР №549773, G02F 1/11, G01J 3/18, G02В 5/30, опубл. в 1977 г.
4. Авторское свидетельство СССР №530303, G02F 1/11, опубл. в 1976 г.

Claims (1)

  1. Коллинеарный акустооптический фильтр, содержащий звукопровод из анизотропного кристалла, пьезопреобразователь, входной поляризатор и выходной анализатор, отличающийся тем, что в качестве звукопровода выбран анизотропный кристалл в форме призмы, протяженной вдоль кристаллофизической оси х, грань кристалла с пьезопреобразователем выполнена со скосом в плоскости ху в сторону положительной оси у, в два раза превышающим скос противоположной ей грани, отражающей ультразвук, скошенной в ту же сторону, причем величина углов скосов граней определена из условия обеспечения отражения ультразвука с последующим распространением вдоль оси х кристалла, совпадающей с направлением распространения светового луча, вводимого через одну или другую скошенные грани кристалла.
RU2008110673/28A 2008-03-19 2008-03-19 Коллинеарный акустооптический фильтр RU2366988C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008110673/28A RU2366988C1 (ru) 2008-03-19 2008-03-19 Коллинеарный акустооптический фильтр

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008110673/28A RU2366988C1 (ru) 2008-03-19 2008-03-19 Коллинеарный акустооптический фильтр

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2366988C1 true RU2366988C1 (ru) 2009-09-10

Family

ID=41166722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008110673/28A RU2366988C1 (ru) 2008-03-19 2008-03-19 Коллинеарный акустооптический фильтр

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366988C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192668U1 (ru) * 2019-02-08 2019-09-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Ячейка для обратной коллинеарной дифракции терагерцового излучения на ультразвуковой волне в жидкости

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192668U1 (ru) * 2019-02-08 2019-09-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Ячейка для обратной коллинеарной дифракции терагерцового излучения на ультразвуковой волне в жидкости

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9304373B2 (en) Terahertz wave generation element, terahertz wave detection element, and terahertz time domain spectroscope device
JPS61173122A (ja) 音響・光学的分散フイルタ及び2つ以上の波長の分離方法
Balakshy et al. Influence of acoustic energy walk-off on acousto-optic diffraction characteristics
D’yakonov et al. Acousto-optic study of the unusual cases of reflection of bulk elastic waves in a paratellurite crystal
Polikarpova et al. Development of acousto-optic devices based on transformation of acoustic waves
Mantsevich et al. Acousto-optic interaction in an inhomogeneous acoustic field
JP2009075594A (ja) 赤外領域における高分解能音響光学プログラマブルフィルタリングの方法及び装置
Dyakonov et al. Semicollinear diffraction of light by ultrasound in a medium with strong elastic anisotropy
RU2366988C1 (ru) Коллинеарный акустооптический фильтр
Voloshinov et al. Acousto-optic filter of nonpolarized electromagnetic radiation
RU2640123C1 (ru) Бесполяризаторный акустооптический монохроматор
RU2613943C1 (ru) Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты)
Voloshinov et al. Nearly backward reflection of elastic waves in an acousto-optic crystal of paratellurite
Balakshy et al. Anisotropic light diffraction in crystals with a large acoustic-energy walk-off
Balakshy et al. Acousto-optics of biaxial crystals
Balakshy et al. Acousto-optic collinear diffraction of arbitrarily polarized light
Balakshy et al. Influence of the divergence of a light beam on the characteristics of collinear diffraction
RU2462739C1 (ru) Акустооптический анизотропный дефлектор
Molchanov et al. Quasi-collinear tunable acousto-optic paratellurite crystal filters for wavelength division multiplexing and optical channel selection
RU2683886C1 (ru) Устройство для наблюдения обратной коллинеарной дифракции терагерцевого излучения на ультразвуковой волне в кристаллической среде
JP2829411B2 (ja) 表面弾性波高速光偏向素子
Boichuk et al. Acousto-optic polarization switch with parallax compensation
Varlamov et al. Search for optimal conditions of saw excitation by lithium niobate integrated optical te-tm mode convertor
Magdich et al. Wide-aperture diffraction of unpolarised radiation in a system of two acousto-optic filters
Zakharov et al. Influence of acoustic anisotropy of paratellurite crystal on the double acousto-optic Bragg light scattering

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110320