RU2613943C1 - Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) - Google Patents
Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613943C1 RU2613943C1 RU2015153461A RU2015153461A RU2613943C1 RU 2613943 C1 RU2613943 C1 RU 2613943C1 RU 2015153461 A RU2015153461 A RU 2015153461A RU 2015153461 A RU2015153461 A RU 2015153461A RU 2613943 C1 RU2613943 C1 RU 2613943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polarization
- acousto
- beams
- cell
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Акустооптическое устройство преобразования поляризации лазерного излучения состоит из первой и второй акустооптических ячеек, в которых происходит коллинеарная или неколлинеарная дифракция. Первая ячейка осуществляет деление входного пучка на два пучка, один из двух выходных пучков которой падает на вторую ячейку, которая обеспечивает на выходе допплеровский сдвиг второго пучка, равный по знаку и величине допплеровскому сдвигу первого пучка. Также устройство содержит полуволновую фазовую пластинку, которая поворачивает направление поляризации одного из пучков на 90°, оптическую линию задержки для обеспечения заданной разности фаз двух пучков и поляризационную призму, которая обеспечивает когерентное сложение двух пучков на выходе системы. Технический результат заключается в обеспечении возможности преобразования входной линейной поляризации лазерных пучков в произвольную эллиптическую поляризацию и снижение оптических потерь. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к акустооптике и лазерной технике и может быть использовано для управления поляризацией лазерного излучения.
Уровень техники
Управляемое изменение поляризации оптического излучения может быть осуществлено различными методами. Поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света происходит при магнитооптическом эффекте Фарадея, который используется в оптических изоляторах (патент RU 2559863 С1 от 20.08.2015). Изменение поляризации света также может быть осуществлено на основе наведенного двулучепреломления, имеющего место при электрооптическом эффекте Поккельса или в жидких кристаллах при приложении внешнего электрического поля. Электрооптические устройства на основе эффекта Поккельса применяются для быстродействующих модуляторов света. Жидкокристаллические модуляторы широко применяются в технологии дисплеев. Общим недостатком магнитооптических, электрооптических и жидкокристаллических устройств является невозможность преобразования линейной поляризации в произвольную эллиптическую.
Известно, что в таких приборах, как акустооптические (АО) дефлекторы (Т. Yano et al. ТеО2 anisotropic Bragg light deflector without midband degeneracy // Applied Physics Letters. - 1975. - V. 26. - N. 12. - P. 689), перестраиваемые фильтры (I.С. Chang. Tunable acousto-optic filters: an overview // Optical Engineering. - 1977. - V. 16. - N. 5. - P. 455) и дисперсионные линии задержки (патент RU 2453878 С1 от 20.06.2012) используется анизотропное АО-взаимодействие в двулучепреломляющих кристаллах, при котором падающее и дифрагировавшее излучение принадлежат двум различным оптическим модам кристалла. При отсутствии оптической активности в направлении распространения взаимодействующих волн, оптические моды обладают ортогональными линейными поляризациями. При падении на брэгговскую АО-ячейку с анизотропной дифракцией лазерного пучка, поляризация которой совпадает с одной из оптических мод кристалла, на выходе в общем случае присутствуют два пучка различной поляризации: нулевого порядка и первого порядка. Особенности брэгговской АО-дифракции таковы, что:
1) суммарная мощность пучков нулевого и первого порядков практически постоянна и равняется мощности падающего пучка за вычетом потерь в кристалле;
2) отношение мощностей пучков нулевого и первого порядков зависит от частоты и амплитуды управляющего сигнала, поданного на пьезопреобразователь АО-ячейки;
3) дифрагировавший пучок приобретает фазовый сдвиг, определяемый фазой ультрозвуковой волны в кристалле;
4) дифрагировавший пучок приобретает допплеровский сдвиг частоты излучения на величину частоты ультразука.
При этом эффективность АО-дифракции в режиме Брэгга, то есть отношение мощности дифрагировавшего в первый порядок излучения к мощности падающего пучка для узкополосного лазерного излучения на практике может превышать 99%. Френелевские потери при просветлении поверхностей могут составлять менее 0,1%. Коэффициент экстинкции, определяющий оптические потери связанные с рассеянием и поглощением, в известных АО-материалах достигает величины 10-5 см-1. Таким образом, брэгговское АО-взаимодействие потенциально обеспечивает малые потери при преобразовании собственных поляризаций.
Известны волноводные АО-преобразователи поляризации. В патенте US 5218653 А от 08.06.1993 предложен преобразователь поляризации на основе нескольких параллельных связанных оптических волноводов на общей подложке, в которых бегущая поверхностная акустическая волна вызывает переход энергии оптической волны из одного волновода в другой с изменением ее поляризации. Вышеупомянутый преобразователь выполняет единственную функцию преобразования электромагнитной волны из ТЕ-моды в ТМ-моду, или наоборот, но не позволяет получить произвольное состояние поляризации излучения на выходе.
Прототипом предлагаемого изобретения является акустооптическое устройство управления поляризацией лазерного излучения, в котором используется АО-дифракция в изотропном материале - плавленом кварце (G. Gondek, P. Kwiek. Acousto-optic polarizer // Ultrasonics. - 2002. - V. 40. - N. 9. - P. 967). Предложенное в прототипе устройство работает с использованием промежуточного режима дифракции между режимом Рамана-Ната и режимом Брэгга. При этом при падении на АО-ячейку линейно поляризованного лазерного излучения при определенном соотношении параметров светового и звукового пучков в нулевом порядке можно получить эллиптическую поляризацию с произвольной заданной эллиптичностью.
Принципиальным недостатком прототипа является то, что он не работает в режиме дифракции Брэгга, а в рабочем промежуточном режиме возникают оптические потери, неизбежно вызванные рассеянием части оптической мощности в ненулевые дифракционные порядки. Например, по данным авторов прототипа, при преобразовании линейной поляризации в круговую, потери в прототипе составляют приблизительно 50%. Кроме того, прототип позволяет управлять только величиной эллиптичности поляризации, но не направлением главных осей эллипса поляризации.
Технический результат предлагаемого изобретения является обеспечение возможности преобразования входной линейной поляризации лазерных пучков в произвольную эллиптическую поляризацию и снижение оптических потерь.
Технический результат достигается следующим образом.
Акустооптическое устройство преобразования поляризации лазерного излучения, состоит из первой акустооптической ячейки, осуществляющей коллинеарную дифракцию с управляемой эффективностью, первой поляризационной призмы, отклоняющей один или оба выходных пучка первой акустооптической ячейки, второй акустооптической ячейки, в которой один из выходных пучков первой акустооптической ячейки испытывает коллинеарную дифракцию с максимальной эффективностью на ультразвуковой волне, имеющей ту же частоту, что и в первой акустооптической ячейке, и заданную разность фаз относительно нее, и приобретает такой же допплеровский сдвиг частоты, как и другой выходной пучок первой акустооптической ячейки, полуволновой пластинки, осуществляющей поворот плоскости поляризации одного из пучков на 90°, оптической линии задержки, регулирующей разность фаз пучков, второй поляризационной призмы, осуществляющей когерентное сложение двух пучков на выходе системы.
Акустооптическое устройство преобразования поляризации лазерного излучения, состоит из первой акустооптической ячейки, осуществляющей неколлинеарную дифракцию в брэгговском режиме с управляемой эффективностью, в результате которой образуются два пучка, второй акустооптической ячейки, в которой один из выходных пучков первой акустооптической ячейки испытывает неколлинеарную брэгговскую дифракцию с максимальной эффективностью на ультразвуковой волне, имеющей ту же частоту, что и в первой акустооптической ячейке, и заданную разность фаз относительно нее, и приобретает такой же допплеровский сдвиг частоты, как и другой выходной пучок первой акустооптической ячейки, полуволновой пластинки, осуществляющей поворот плоскости поляризации одного из пучков на 90°, оптической линии задержки, регулирующей разность фаз пучков, поляризационной призмы, осуществляющей когерентное сложение двух пучков на выходе системы.
Заявленный технический результат достигается за счет следующей совокупности технических признаков: устройство преобразования поляризации лазерного излучения, состоящее из брэгговской АО-ячейки, осуществляющей деление входного пучка на два пучка, один из двух выходных пучков которой падает на вторую АО-ячейку, имеющую такую же геометрию АО-взаимодействия, как и первая АО-ячейка, и обеспечивающую на выходе допплеровский сдвиг второго пучка, равный по знаку и величине допплеровскому сдвигу первого пучка, полуволновой фазовой пластинки, поворачивающей направление поляризации одного из пучков на 90°, оптической линии задержки, обеспечивающей заданную разность фаз двух пучков, и поляризационной призмы, осуществляющей когерентное сложение двух пучков на выходе системы.
В отличие от прототипа, заявляемое устройство преобразует входную линейную поляризацию в выходную эллиптическую поляризацию с любой заданной эллиптичностью и произвольным поворотом главных осей относительно направления входной поляризации. При этом мощность излучения, падающего на вход системы, разделенная после первой АО-ячейки между двумя пучками, суммируется на выходе, что минимизирует оптические потери. Достигаемый технический результат - возможность преобразования с высокой эффективностью линейной поляризации лазерного пучка в произвольную эллиптическую поляризацию, в том числе, в линейную поляризацию с произвольным углом поворота относительно направления входной поляризации или в круговую поляризацию.
Тип АО-взаимодействия в заявленном устройстве может быть как изотропным, так и анизотропным. При изотропном АО-взаимодействии, которое может иметь место как в оптически изотропных средах, так и в двулучепреломляющих кристаллах, геометрия АО-взаимодействия является ортогональной. При анизотропном АО-взаимодействии, которое имеет только в двулучепреломляющих кристаллах, геометрия взаимодействия света с ультразвуком может быть как ортогональной, так и коллинеарной. В случае коллинеарной геометрии взаимодействия угол дифракции равен нулю, и после первой АО-ячейки пучки нулевого и первого порядка распространяются в одном направлении. Разделение пучков в этом случае возможно при помощи поляризационной призмы из двулучепреломляющего кристалла (например, призмы Волластона или лазерной призмы Глана). В случае ортогональной геометрии взаимодействия угол дифракции отличен от нуля и на выходе первой АО-ячейки пучки имеют различные направления распространения.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1-3), где на фиг. 1 показана схема заявленного устройства вращения поляризации с коллинеарными АО-ячейками, на фиг. 2 показана схема заявленного устройства вращения поляризации с неколлинеарными АО-ячейками, на фиг. 3 показана схема заявленного устройства вращения поляризации с неколлинеарными АО-ячейками при последовательном расположении нулевых порядков дифракции.
Раскрытие изобретения
Акустооптическое устройство преобразования поляризации имеет три варианта исполнения.
На фиг. 1-3 обозначены: входной лазерный пучок 1, первая АО-ячейка 2, выходной пучок нулевого порядка дифракции в первой АО-ячейке 3, выходной пучок первого порядка дифракции в первой АО-ячейке 4, первая поляризационная призма 5, прошедший через первую поляризационную призму пучок 6, оптическая линия задержки 7, первая компонента выходного пучка 8, вторая поляризационная призма 9, отклоненный первой поляризационной призмой пучок 10, первое зеркало 11, вторая АО-ячейка 12, выходной пучок первого порядка дифракции во второй АО-ячейке 13, полуволновая фазовая пластинка 14, второе зеркало 15, вторая компонента выходного пучка 16, первый выходной пучок 17, второй выходной пучок 18.
Основными элементами устройства являются: первая АО-ячейка 2, первая поляризационная призма 5, оптическая линия задержки 7, вторая поляризационная призма 9, вторая АО-ячейка 12, фазовая пластинка 17.
Линейная поляризация, направление колебаний вектора напряженности электрического поля которой параллельно плоскости чертежа, называется p-поляризацией. Линейная поляризация, направление колебаний вектора напряженности электрического поля которой ортогонально плоскости чертежа, называется s-поляризацией.
Устройство преобразования поляризации по первому варианту отличается от устройства по второму и третьему вариантам тем, что АО-ячейки имеют коллинеарную геометрию АО-взаимодействия. Схема устройства по первому варианту исполнения поясняется чертежом фиг. 1. Входной лазерный пучок 1 падает на первую акустооптическую ячейку 2 под углом, обеспечивающим выполнение условия фазового синхронизма, после которой пучок нулевого дифракционного порядка 3 и пучок первого дифракционного порядка 4 распространяются параллельно и падают на первую поляризационную призму 5. Прошедший через поляризационную призму пучок 6, имеющий -поляризацию, проходит через оптическую линию задержки 7 и падает в качестве первой компоненты выходного пучка 8, имеющей p-поляризацию, на вторую поляризационную призму 9. Отклоненный первой поляризационной призмой пучок 10, имеющий -поляризацию, посредством зеркала 11 падает на вход второй акустооптической ячейки 12 под углом, обеспечивающим выполнение условия фазового синхронизма.
Дифрагировавший во второй ячейке пучок 13, имеющий p-поляризацию, проходит через полуволновую фазовую пластинку 14, в результате чего меняет поляризацию на ортогональную. Посредством зеркала 15 образовавший таким образом пучок s-поляризации направляется на вторую поляризационную призму 9 в качестве второй компоненты выходного пучка 16. Суммированный выходной пучок 17 образуется во второй поляризационной призме 9 когерентным сложением двух компонент 8 и 16 выходного пучка.
Падающий пучок 1 может иметь как p-, так и s-поляризацию. Если падающий пучок 1 имеет p-поляризацию, то прошедший через первую поляризационную призму 5 пучок 6, имеющий p-поляризацию, образуется из пучка 3 нулевого порядка дифракции в первой АО-ячейке 2, а отклоненный первой поляризационной призмой 5 пучок 10, имеющий s-поляризацию, образуется из пучка первого порядка дифракции 4 и во второй АО-ячейке 12 испытывает дифракцию в противоположный порядок относительно дифракции в первой АО-ячейке 2, благодаря чему происходит компенсация доплеровского сдвига частоты. Если падающий пучок 1 имеет s-поляризацию, то прошедший через первую поляризационную призму 5 пучок 6, имеющий p-поляризацию, образуется из пучка 4 первого порядка дифракции в первой АО-ячейке 2, а отклоненный первой поляризационной призмой 5 пучок 10, имеющий s-поляризацию, образуется из пучка нулевого порядка дифракции 3 и во второй АО-ячейке 12 испытывает дифракцию в тот же порядок, что и дифракция в первой АО-ячейке 2, благодаря чему оба пучка 6 и 14 приобретают одинаковый доплеровский сдвиг частоты.
В устройстве управления поляризацией по первому варианту второй выходной пучок 18 отсутствует.
Устройство преобразования поляризации по второму варианту отличается от устройства по первому варианту тем, что АО-ячейки имеют неколлинеарную геометрию АО-взаимодействия и от устройства по третьему варианту тем, на вторую АО-ячейку падает пучок первого порядка дифракции в первой АО-ячейке. Схема устройства по второму варианту исполнения поясняется чертежом фиг. 2. Входной лазерный пучок 1 падает на первую акустооптическую ячейку 2 под углом, обеспечивающим выполнение условия фазового синхронизма, после которой пучок нулевого дифракционного порядка 3 и пучок первого дифракционного порядка 4 распространяются в различных направлениях. Пучок нулевого порядка дифракции 3 проходит через оптическую линию задержки 7 и падает в качестве первой компоненты выходного пучка 8 на вторую поляризационную призму 9. Пучок первого порядка дифракции в первой АО-ячейке 4 падает на вход второй акустооптической ячейки 12 под углом, обеспечивающим выполнение условия фазового синхронизма в ней на той же частоте, что и в первой АО-ячейке 2, но в противоположный дифракционный порядок. Дифрагировавший во второй ячейке пучок 13 проходит через полуволновую фазовую пластинку 14, в результате чего меняет направление поляризации на ортогональное. Посредством зеркала 15 образовавшийся таким образом пучок направляется на вторую поляризационную призму 9 в качестве второй компоненты выходного пучка 16. После второй поляризационной призмы когерентным сложением двух компонент выходного пучка 8 и 16 образуется или первый выходной пучок 17, или второй выходной пучок 18.
Падающий пучок 1 может иметь как p-, так и s-поляризацию. Если падающий пучок 1 имеет p-поляризацию, то образовавшаяся из нулевого порядка дифракции первая компонента выходного пучка 8 также имеет p-поляризацию, а образовавшаяся из пучка первого порядка дифракции 4 вторая компонента выходного пучка 16 имеет s-поляризацию. В этом случае на выходе существует первый выходной пучок 17 и отсутствует второй выходной пучок 18. Если падающий пучок 1 имеет s-поляризацию, то образовавшаяся из нулевого порядка дифракции первая компонента выходного пучка 8 также имеет s-поляризацию, а образовавшаяся из пучка первого порядка дифракции 4 вторая компонента выходного пучка 16 имеет p-поляризацию. В этом случае на выходе отсутствует первый выходной пучок 17 и существует второй выходной пучок 18.
В устройстве по второму варианту исполнения допплеровский сдвиг частоты лазерного излучения, возникающий при дифракции в первой АО-ячейке компенсируется равным по величине и противоположным по знаку сдвигом во второй АО-ячейке.
Тип АО-дифракции а устройстве по второму варианту исполнения не имеет значения. В случае изотропной дифракции пучки 4 и 13 имеют ту же поляризацию, что и падающий пучок 1. В случае анизотропной дифракции пучок 4 имеет поляризацию, ортогональную поляризации входного пучка 1, а пучок 13 имеет поляризацию, ортогональную поляризации пучка 4, то есть совпадающую с поляризацией входного пучка 1.
Устройство преобразования поляризации по третьему варианту отличается от устройства по первому варианту тем, что АО-ячейки имеют неколлинеарную геометрию АО-взаимодействия и от устройства по второму варианту тем, на вторую АО-ячейку падает пучок нулевого порядка дифракции в первой АО-ячейке. Схема устройства по третьему варианту исполнения поясняется чертежом фиг. 3. Входной лазерный пучок 1 падает на первую акустооптическую ячейку 2 под углом, обеспечивающим выполнение условия фазового синхронизма, после которой пучок нулевого дифракционного порядка 3 и пучок первого дифракционного порядка 4 распространяются в различных направлениях. Пучок первого порядка дифракции в первой АО-ячейке 4 посредством зеркала 11 проходит через оптическую линию задержки 7 и падает в качестве первой компоненты выходного пучка 8 на вторую поляризационную призму 9. Пучок нулевого порядка дифракции 3 падает на вход второй акустооптической ячейки 12 под углом, обеспечивающим выполнение в ней условия фазового синхронизма на той же частоте, что и в первой АО-ячейке 2. Дифрагировавший во второй ячейке пучок 13 проходит через полуволновую фазовую пластинку 14, в результате чего меняет направление поляризации на ортогональное. Посредством зеркала 15 образовавшийся таким образом пучок направляется на вторую поляризационную призму 9 в качестве второй компоненты выходного пучка 16. После второй поляризационной призмы когерентным сложением двух компонент выходного пучка 8 и 16 образуется или первый выходной пучок 17, или второй выходной пучок 18.
Падающий пучок 1 может иметь как p-, так и s-поляризацию. Если дифракция в первой и второй АО-ячейках изотропная, то поляризация пучков 4, 8 и 13 совпадает с поляризацией входного пучка 1, а поляризация пучка 16 ортогональна им. При этом, если падающий пучок имеет p-поляризацию, то на выходе устройства существует первый выходной пучок 17 и отсутствует второй выходной пучок 18; если падающий пучок имеет s-поляризацию, то на выходе устройства отсутствует первый выходной пучок 17 и существует второй выходной пучок 18. Если дифракция в первой и второй АО-ячейках анизотропная, то поляризация пучков 8 и 13 ортогональна поляризации входного пучка 1, а поляризация пучка 16 совпадает с ней. При этом, если падающий пучок имеет p-поляризацию, то на выходе устройства отсутствует первый выходной пучок 17 и существует второй выходной пучок 18; если падающий пучок имеет s-поляризацию, то на выходе устройства существует первый выходной пучок 17 и отсутствует второй выходной пучок 18.
Осуществление изобретения
Изобретение осуществляется следующим образом.
Для описания принципа работы системы использован формализм Джонса, в котором произвольные состояния поляризации описываются двумерными комплексными векторами. Дальнейшее описание проведено для устройства по первому и второму вариантам исполнения для случая падения на вход лазерного пучка, имеющего -поляризацию. Для остальных случаев описание отличается некоторыми промежуточными выкладками, но приводит к тому же конечному результату.
Состояние поляризации излучения, входного лазерного пучка имеет можно представить вектором Джонса
Будем считать, что эффективность дифракции в первой АО-ячейке 2 характеризуется параметром Рамана-Ната, ультразвуковая волна имеет циклическую частоту Ω и фазу Φ2, причем частота ультразвука выбрана таким образом, чтобы удовлетворять условию фазового синхронизма для падающего лазерного излучения для дифракционного порядка с индексом m=±1. Тогда после первой АО-ячейки состояние поляризации пучков нулевого и первого порядков дифракции характеризуются векторами Джонса
соответственно, где j - мнимая единица (В.И. Балакший, В.Н. Парыгин, Л.Е. Чирков. Физические основы акустооптики / М.: Радио и связь, 1985). Осциллирующий экспоненциальный множитель exp(jmΩt) описывает сдвиг частоты дифрагировавшей волны.
Пучок нулевого дифракционного порядка проходит через ряд оптических элементов, таких как светозвукопровод АО-ячейки 2, первый делитель поляризации 5, второй делитель поляризации 9, а также через свободное пространство между этими элементами, в результате чего приобретает постоянную фазовую задержку ϕp, а также приобретает регулируемый фазовый набег 
, пропорциональный дополнительной разности хода, вносимой линией задержки 7. В итоге, p-поляризованная компонента пучка на выходе второй поляризационной призмы имеет вектор Джонса
Пучок первого дифракционного порядка падает на вторую АО-ячейку 12, в которой параметр Рамана-Ната A12=π соответствует максимальной эффективности дифракции, а ультразвуковая волна, имеет циклическую частоту Ω и фазу Φ12, причем номер дифракционного порядка противоположен номеру дифракционного порядка в первой АО-ячейке 2, то есть равен минус m. Во второй АО-ячейке 12 происходит компенсация сдвига частоты лазерного излучения, произошедшего в первой АО-ячейке 2, и вектор Джонса дифрагировавшего пучка описывается выражением
После фазовой полуволновой пластинки 14, оси которой повернуты на угол 45° относительно направления поляризации пучка 13, вектор Джонса приобретает вид
С учетом постоянных фазовых задержек ϕs в первой АО-ячейке 2, первой поляризационной призме 5, второй АО-ячейке 12, фазовой пластинке 14, второй поляризационной призме 9, и в свободном пространстве между этими элементами вектор Джонса s-поляризованной компоненты пучка на выходе второй поляризационной призмы равняется
Выходной пучок 17 образуется когерентным сложением двух компонент 8 и 16 с ортогональной поляризаций и фазовой задержкой Δϕ на выходе второй поляризационной призмы 9, и его вектор Джонса имеет следующий вид, с точностью до постоянного фазового множителя:
где разность фаз Δϕ определяется разностью длин оптических путей, фазовой задержкой между ультразвуковыми сигналами в первой и во второй АО-ячейках и фазовой задержкой в оптической линии задержки:
Выражение для 
представляет собой общий вид вектора Джонса для эллиптически поляризованного излучения, причем 
, что означает отсутствие оптических потерь. Известно, что угол поворота эллипса поляризации θ определяется выражением
а эксцентриситет эллипса поляризации ε определяется выражением
При изменении значений параметров A2 и Δϕ эксцентриситет эллипса поляризации может непрерывно меняться от 0 (круговая поляризация) при 
и 
до 1 (линейная поляризация) при Δϕ=πn, где n - целое число. При линейной поляризации выходного излучения cosΔϕ=±1, и модуль угла наклона большей полуоси эллипса поляризации выходного излучения численно равен половине величины параметра Рамана-Ната дифракции в первой АО-ячейке A2, то есть может непрерывно изменяться в диапазоне от 0 до 
.
В качестве материала первой АО-ячейки 2 и второй АО-ячейки 12 выбирается АО-материал и геометрия АО-взаимодействия в нем, способные обеспечить близкую к 100% эффективность дифракции на длине волны входного лазерного излучения.
В качестве АО-ячеек в данном изобретении могут быть использованы две любые АО-ячейки, имеющие одинаковый тип АО-взаимодействия и обеспечивающие брэгговскую дифракцию узкополосного лазерного излучения при одинаковой частоте ультразвука. При этом сама геометрия АО-взаимодействия может быть коллинеарной или ортогональной. В зависимости от конкретной технической реализации поляризационная призма 5 может быть использована для разделения перекрывающихся ортогонально поляризованных пучков либо для увеличения угла между p- и s-поляризованным пучками 3 и 4 или же не использована вообще. В последнем случае после первой АО-ячейки 2 пучок нулевого дифракционного порядка 3 непосредственно падает на оптическую линию задержки, а дифрагировавший пучок 4 напрямую или посредством зеркал направляется на вход второй АО-ячейки 12, или наоборот.
Управление фазовой задержкой Δϕ между пучками, определяющее степень эллиптичности поляризации, может быть осуществлено следующими способами: 1) электронной регулировкой разности фаз ультразвуковых волн в первой и второй АО-ячейках 2 и 12; 2) механической регулировкой длины оптического пути в оптической линии задержки 7.
Управляющие радиосигналы, возбуждающие в АО-ячейках ультразвуковые волны должны иметь постоянную разность фаз, что можно обеспечить одним генератором радиосигналов с последующим делителем управляющей мощности между двумя АО-ячейками либо двумя генераторами, синхронизированными по фазе. Мощность радиосигнала, определяющая эффективность дифракции в первой АО-ячейке 2, должна быть регулируема в диапазоне от нуля до оптимальной мощности, обеспечивающей 100-процентную эффективность дифракции. Мощность радиосигнала, подаваемого на вторую АО-ячейку 12 должна быть постоянной и равняться оптимальной мощности, обеспечивающей 100-процентную эффективность дифракции. Указанные особенности системы управления могут быть реализованы при помощи двухканального цифрового генератора радиосигналов прямого синтеза с общим тактовым генератором, обеспечивающим требуемую синхронизацию сигналов, а также независимое управление амплитудой и фазой каждого из двух сигналов.
Быстродействие системы преобразования поляризации определяется минимальным временем, необходимым для переключения первой АО-ячейки из состояния с одной величиной амплитуды или фазы ультразвукового сигнала в состояние с другой величиной амплитуды или фазы ультразвукового сигнала. Это время определяется скоростью ультразвуковой волны, на которой дифрагирует свет, в АО-материале и размером области АО-взаимодействия. В случае коллинеарной АО-дифракции быстродействие определяется временем пробега фронта ультразвуковой волны через область АО-взаимодействия вдоль направления распространения световой волны. Как правило, эта величина лежит в диапазоне от 10 до 100 мкс. В случае ортогональной геометрии АО-взаимодействия быстродействие определяется временем пробега фронта ультразвуковой волны через область АО-взаимодействия поперек сечения светового пучка в светозвукопроводе и зависит от диаметра падающего светового пучка. Как правило, эта величина лежит в диапазоне от 1 до 10 мкс.
Claims (2)
1. Акустооптическое устройство преобразования поляризации лазерного излучения, состоящее из первой акустооптической ячейки, осуществляющей коллинеарную дифракцию с управляемой эффективностью, первой поляризационной призмы, отклоняющей один или оба выходных пучка первой акустооптической ячейки, второй акустооптической ячейки, в которой один из выходных пучков первой акустооптической ячейки испытывает коллинеарную дифракцию с максимальной эффективностью на ультразвуковой волне, имеющей ту же частоту, что и в первой акустооптической ячейке, и заданную разность фаз относительно нее, и приобретает такой же допплеровский сдвиг частоты, как и другой выходной пучок первой акустооптической ячейки, полуволновой пластинки, осуществляющей поворот плоскости поляризации одного из пучков на 90°, оптической линии задержки, регулирующей разность фаз пучков, второй поляризационной призмы, осуществляющей когерентное сложение двух пучков на выходе системы.
2. Акустооптическое устройство преобразования поляризации лазерного излучения, состоящее из первой акустооптической ячейки, осуществляющей неколлинеарную дифракцию в брэгговском режиме с управляемой эффективностью, в результате которой образуются два пучка, второй акустооптической ячейки, в которой один из выходных пучков первой акустооптической ячейки испытывает неколлинеарную брэгговскую дифракцию с максимальной эффективностью на ультразвуковой волне, имеющей ту же частоту, что и в первой акустооптической ячейке, и заданную разность фаз относительно нее, и приобретает такой же допплеровский сдвиг частоты, как и другой выходной пучок первой акустооптической ячейки, полуволновой пластинки, осуществляющей поворот плоскости поляризации одного из пучков на 90°, оптической линии задержки, регулирующей разность фаз пучков, поляризационной призмы, осуществляющей когерентное сложение двух пучков на выходе системы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153461A RU2613943C1 (ru) | 2015-12-14 | 2015-12-14 | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015153461A RU2613943C1 (ru) | 2015-12-14 | 2015-12-14 | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2613943C1 true RU2613943C1 (ru) | 2017-03-22 |
Family
ID=58453180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015153461A RU2613943C1 (ru) | 2015-12-14 | 2015-12-14 | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2613943C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2683886C1 (ru) * | 2018-05-11 | 2019-04-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Устройство для наблюдения обратной коллинеарной дифракции терагерцевого излучения на ультразвуковой волне в кристаллической среде |
| CN109709685A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-03 | 曲阜师范大学 | 一种非偏振激光转线偏振激光的装置 |
| RU2778035C1 (ru) * | 2021-11-12 | 2022-08-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Лазерный источник с управляемой поляризацией излучения |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55140820A (en) * | 1979-04-20 | 1980-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 2 input 2 output photo switching device |
| SU972461A1 (ru) * | 1980-07-25 | 1982-11-07 | Предприятие П/Я Г-4126 | Способ управлени пол ризацией оптического излучени |
| JPH04198928A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-20 | Asahi Glass Co Ltd | 直交偏波型光周波数シフター |
| RU2303801C2 (ru) * | 2002-02-12 | 2007-07-27 | Юрий С. ДИДОСЯН | Способ и устройство для изменения состояния поляризации света |
-
2015
- 2015-12-14 RU RU2015153461A patent/RU2613943C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55140820A (en) * | 1979-04-20 | 1980-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 2 input 2 output photo switching device |
| SU972461A1 (ru) * | 1980-07-25 | 1982-11-07 | Предприятие П/Я Г-4126 | Способ управлени пол ризацией оптического излучени |
| JPH04198928A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-20 | Asahi Glass Co Ltd | 直交偏波型光周波数シフター |
| RU2303801C2 (ru) * | 2002-02-12 | 2007-07-27 | Юрий С. ДИДОСЯН | Способ и устройство для изменения состояния поляризации света |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2683886C1 (ru) * | 2018-05-11 | 2019-04-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Устройство для наблюдения обратной коллинеарной дифракции терагерцевого излучения на ультразвуковой волне в кристаллической среде |
| CN109709685A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-03 | 曲阜师范大学 | 一种非偏振激光转线偏振激光的装置 |
| RU2778035C1 (ru) * | 2021-11-12 | 2022-08-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Лазерный источник с управляемой поляризацией излучения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9835869B2 (en) | Universal polarization converter | |
| US5329397A (en) | Acousto-optic tunable filter | |
| Bain | Crystal optics: properties and applications | |
| Balakshy et al. | Polarization effects at collinear acousto-optic interaction | |
| US3944334A (en) | Acousto-optic filter | |
| RU2613943C1 (ru) | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) | |
| US6961130B2 (en) | Heterodyne beam delivery with active control of two orthogonal polarizations | |
| Balakshy et al. | Polarization effects in acousto-optic interaction | |
| US7684110B2 (en) | High frequency acousto-optic frequency shifter having wide acceptance angle | |
| Voloshinov et al. | Acousto-optical modulation of radiation with arbitrary polarization direction | |
| RU2462739C1 (ru) | Акустооптический анизотропный дефлектор | |
| Kupreychik et al. | The spatial structure of acousto-optic phase matching in biaxial crystal of alpha-iodic acid | |
| Kotov | Broadband acousto-optic modulation of optical radiation | |
| RU88823U1 (ru) | Акустооптическое устройство для управления двухцветным излучением | |
| Magdich et al. | Wide-aperture diffraction of unpolarised radiation in a system of two acousto-optic filters | |
| RU2648567C1 (ru) | Двухкристальный акустооптический сдвигатель частоты | |
| Kotov | Production of two-colour radiation with polarisations of components rotating in opposite directions | |
| Zakharov et al. | Influence of acoustic anisotropy of paratellurite crystal on the double acousto-optic Bragg light scattering | |
| Voloshinov et al. | New acousto-optic regime of interaction in media possessing strong elastic anisotropy | |
| Kotov et al. | High-frequency acousto-optic light modulation by double propagation of the beam through two Bragg cells | |
| RU94726U1 (ru) | Акустооптическое устройство для управления двухцветным излучением | |
| Kotov et al. | Broadband acousto-optic control of the rotation velocity of the radiation polarisation vector | |
| Kotov et al. | Production of dichromatic light with a rotating polarization vector using a single Bragg cell | |
| Kotov | Bragg diffraction of three-color radiation in a paratellurite crystal | |
| RU2366988C1 (ru) | Коллинеарный акустооптический фильтр |