RU2786036C1 - Акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения (варианты) - Google Patents
Акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786036C1 RU2786036C1 RU2022107266A RU2022107266A RU2786036C1 RU 2786036 C1 RU2786036 C1 RU 2786036C1 RU 2022107266 A RU2022107266 A RU 2022107266A RU 2022107266 A RU2022107266 A RU 2022107266A RU 2786036 C1 RU2786036 C1 RU 2786036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- face
- direct
- beams
- acousto
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 101710036245 IL4I1 Proteins 0.000 description 1
- LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N Tellurium dioxide Chemical compound O=[Te]=O LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к акустооптике, к устройствам сдвига частоты лазерного излучения для увеличения угла между прямым и дифрагированным лучами лазерного излучения. Предлагается анизотропный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения, выполненный на одноосном кристалле в виде призмы, на одной из граней которой размещен ультразвуковой преобразователь, согласно изобретению грань, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи, выполнена наклонной под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение лучей и увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами вследствие особенностей отражения световых лучей в анизотропной среде, а вывод лучей из призмы осуществляется через грань, противоположную грани, на которой размещен ультразвуковой преобразователь, или через грань, на которой размещен ультразвуковой преобразователь в зависимости от варианта. Технический результат - увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в сдвигателе частоты лазерного излучения для увеличения угла между прямым и дифрагированным (сдвинутым по частоте) лучами лазерного излучения.
Известен сдвигатель частоты лазерного излучения (далее частотосдвигатель), акустооптическая ячейка в котором (см. Фиг1.а) выполнена в виде призмы из одноосного кристалла, на одной из граней которой размещен ультразвуковой преобразователь (УЗП). (статья Акустооптические модуляторы для управляемого сдвига частоты световых пучков оптических и микроволновых стандартах часты на холодных атомах. В.М. Епихин, В.Н. Барышев, С.Н. Слюсарев, А.В. Апрелев, И.Ю. Блинов. Квантовая электроника, 49, №9, С.857-862, 2019).
Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является существенное увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами за счет внутреннего отражения лучей в анизотропном акустооптическим сдвигателе частоты лазерного излучения, который выполнен на одноосном кристалле в виде призмы, на одной из граней которой размещен ультразвуковой преобразователь.
Увеличение угла между лучами дает возможность сделать изделия использующие аку сто оптические частотосдвигатели более компактными.
В варианте 1 заявляемого изобретения технический результат достигается за счет того, что анизотропный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения выполнен на одноосном кристалле в виде призмы, на одной из граней которой размещен ультразвуковой преобразователь, а грань, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи, выполнена наклонной под тупым углом к грани размещения ультразвукового преобразователя. Величина угла наклона грани выбирается обеспечивающей полное внутреннее отражение лучей и увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами вследствие особенностей отражения световых лучей в анизотропной среде. Вывод лучей из призмы осуществляется через грань, противоположную грани, на которой размещен ультразвуковой преобразователь.
В варианте 2 изобретения аналогичный результат достигается тем, что грань, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи выполнена наклонной под острым углом к грани размещения ультразвукового преобразователя. Вывод лучей из призмы осуществляется через грань, на которой размещен ультразвуковой преобразователь.
Анизотропный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения может быть выполнен из кристалла TeO2.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На Фиг. 1 изображены: а) схема анизотропного акустооптического частотосдвигателя; б) два варианта диаграммы акустооптического взаимодействия, которые реализуются в анизотропных частотосдвигателях.
На Фиг. 2 изображена схема частотосдвигателя с выводом оптических лучей через грань 4. (Вариант 1 изобретения).
На Фиг. 3 изображена схема частотосдвигателя с выводом оптических лучей через грань 3, на которой расположен УЗП. (Вариант 2 изобретения).
На Фиг. 4 изображены расчетные зависимости угла между обыкновенным и необыкновенным лучами в прототипе частотосдвигателя (1) и дополнительное увеличение этого угла для двух вариантов расположения отражающей грани (2, 3) в заявляемых частотосдвигателях в зависимости от угла дифракции ф.
Схема анизотропного акустооптического сдвигателя частоты лазерного излучения показанная на Фиг. 2 выполнена на одноосном кристалле в виде призмы, на грани 3 которой размещен ультразвуковой преобразователь 6. Через грань 1 вводится лазерный луч. Грань 2, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи, выполнена наклонной под тупым углом к грани 3. Величина угла наклона грани выбирается обеспечивающей полное внутреннее отражение лучей и увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами вследствие особенностей отражения световых лучей в анизотропной среде. Вывод лучей из призмы осуществляется через грань4, мимо поглотителя 5 ультразвуковой волны.
В акустооптическом частотосдвигателе ультразвуковая волна возбуждается ультразвуковым 6 преобразователем (УЗП). Прошедший грань 1 лазерный луч после акустооптической дифракции на ультразвуковой волне луч расщепляется на два луча: обыкновенной и необыкновенной поляризации. Они падают на грань 2 и отражаются. При отражении от грани 2, вследствие законов отражения в анизотропной среде, происходит изменение угла между лучами обыкновенной и необыкновенной поляризации, угол ср после отражения трансформируется в угол Δ. При выходе из призмы, угол Δ в соответствии с законом преломления трансформируется в угол 8.
Изложенное выше описание для варианта 1 изобретения справедливо как для обыкновенного входного луча, так и для необыкновенного входного луча. Дальше мы будем рассматривать случай, когда входной в кристаллическую призму луч имеет обыкновенную поляризацию.
Если угол падения обыкновенного луча на отражающую грань равен 45 градусам, а угол дифракции внутри акустооптической ячейки равен ϕ, отражающая грань 2 расположена как показано на Фиг. 2, то угол отклонения необыкновенного луча от направления распространения обыкновенного луча внутри акустооптической ячейки Δ можно найти из уравнения (1).
Угол дифракции ϕ в формуле (1) положительный, если угол между осью С и необыкновенным лучом больше чем угол между осью С и обыкновенным лучом. В формуле (4) угол дифракции ϕ положительный если угол между осью С и необыкновенным лучом меньше чем угол между осью С и обыкновенным лучом.
В случае анизотропного частотосдвигателя (Фиг. 1) угол δo между прямым лучом (при перпендикулярном падении обыкновенного луча на выходную грань 2) и продифрагированным (необыкновенным) лучом равен
Для варианта 1, показанном на Фиг. 2, угол δ1 между прямым (нулевым) лучом и дифрагированным лучом на выходе из АО равен
На Фиг. 3 показана схема второго варианта анизотропного акустооптического сдвигателя частоты лазерного излучения, выполненного на одноосном кристалле в виде призмы, на грани 3 которой размещен ультразвуковой преобразователь 6. Поглотитель ультразвуковой волны 5 расположен на грани 4. Через грань 1 вводится лазерный луч. После акустооптической дифракции на ультразвуковой волне луч расщепляется на два луча: обыкновенной и необыкновенной поляризации. Грань 2, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи выполнена наклонной под острым углом к грани размещения ультразвукового преобразователя. Величина угла выбирается обеспечивающей полное внутреннее отражение лучей и увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами вследствие особенностей отражения световых лучей в анизотропной среде. При отражении от грани 2, в вследствие законов отражения в анизотропной среде, происходит-изменение угла между лучами обыкновенной и необыкновенной поляризации, угол ϕ после отражения трансформируется в угол Δ. При выходе из призмы угол Δ в соответствии с законом преломления трансформируется в угол δ.
Изложенное выше описание для варианта 2 изобретения справедливо как для обыкновенного входного луча, так и для необыкновенного входного луча. Дальше мы будем рассматривать случай, когда входной в кристаллическую призму луч имеет обыкновенную поляризацию. Вывод лучей из призмы осуществляется через грань 4 мимо ультразвукового преобразователя. Угол отклонения необыкновенного луча от направления распространения обыкновенного луча внутри акустооптической ячейки Δ можно найти из уравнения (4).
Где no и ne показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, Δ -угол внутри акустооптической ячейки между обыкновенным и необыкновенными лучами после полного внутреннего отражения от наклонной грани 2 призмы, θ - угол между оптической осью кристалла и направлением распространения входного обыкновенного луча, γ - угол наклона плоскости на которой расположен ультразвуковой преобразователь к плоскости перпендикулярной оптической оси С. ϕ - угол дифракции внутри АОЯ который определяется геометрией АО взаимодействия и зависит от частоты звуковой волны, скорости звуковой волны, длины волны дифрагирующих световых волн, показателей преломления света. Угол ϕ обычно определяется нужным частотным сдвигом и некоторыми другими требуемыми характеристиками частотосдвигателя. Для варианта частотосдвигателя, показанном на Фиг. 3 и перпендикулярном падении обыкновенного луча на выходную грань призмы (пункт 2 изобретения.) угол δ2 между прямым лучом и дифрагированным лучом на выходе из АО равен
В следствии малости углов δo, δ1, δ2 в формулах (2, 3, 5) принято sin(δ)=δ.
На Фиг. 4 показаны зависимости угла δo, разности модулей углов (|δ1|-|δo|) для частосдвигателя (Вариант 1) и разности модулей углов (|δ2|-|δo|) для частосдвигателя (Вариант 2) от угла дифракции ϕ. Во всех расчетах θ=11.95°.
Расчеты и эксперименты показывают, что при использовании кристалла парателлурита (Пункты 1 и 3 изобретения.) в частотосдвигателе (Вариант 1), работающем на частоте 80 МГц, для лазерного луча с длиной волны 532 нм, при угле θ=11,95° и угле дифракции ϕ=1,65° при выходе из призмы угол между прямым и дифрагированным лучами δ1≈12°. Для частотосдвигателя (Вариант 2) при угле θ=11,95°, угле дифракции ϕ=1,65°, угле γ=7,1° и перпендикулярном падении обыкновенного луча на грань 3 (Пункты 2 и 3 изобретения.) расчетная величина δ2≈12,9°.
Для варианта частотосдвигателя, выбранного в качестве прототипа, угол между прямым и дифрагированным лучами δо≈3,8 градуса.
Таким образом угол между прямым и дифрагированным лучами увеличивается более чем в 3 раза.
Claims (3)
1. Анизотропный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения, выполненный на одноосном кристалле в виде призмы, на одной из граней которой размещен ультразвуковой преобразователь, отличающийся тем, что грань, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи, выполнена наклонной под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение лучей и увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами вследствие особенностей отражения световых лучей в анизотропной среде, а вывод лучей из призмы осуществляется через грань, противоположную грани, на которой размещен ультразвуковой преобразователь.
2. Анизотропный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения, выполненный на одноосном кристалле в виде призмы, на одной из граней которой размещен ультразвуковой преобразователь, отличающийся тем, что грань, на которую падают прямой и дифрагированный световые лучи, выполнена наклонной под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение лучей и увеличение угла между прямым и дифрагированным лучами, а вывод лучей из призмы осуществляется через грань, на которой размещен ультразвуковой преобразователь.
3. Анизотропный акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выполнен из кристалла ТеО2.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786036C1 true RU2786036C1 (ru) | 2022-12-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5463493A (en) * | 1993-01-19 | 1995-10-31 | Mvm Electronics | Acousto-optic polychromatic light modulator |
| RU2625623C1 (ru) * | 2016-07-22 | 2017-07-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Альбедо" (ООО "Альбедо") | Многоканальный электрооптический модулятор (варианты) |
| RU2648567C1 (ru) * | 2017-05-24 | 2018-03-26 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Двухкристальный акустооптический сдвигатель частоты |
| RU2699947C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-09-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ модуляции лазерного излучения и устройство для его осуществления |
| RU2755255C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-09-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Акустооптическое устройство 2D отклонения и сканирования неполяризованного лазерного излучения на одном кристалле |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5463493A (en) * | 1993-01-19 | 1995-10-31 | Mvm Electronics | Acousto-optic polychromatic light modulator |
| RU2625623C1 (ru) * | 2016-07-22 | 2017-07-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Альбедо" (ООО "Альбедо") | Многоканальный электрооптический модулятор (варианты) |
| RU2648567C1 (ru) * | 2017-05-24 | 2018-03-26 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Двухкристальный акустооптический сдвигатель частоты |
| RU2699947C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-09-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ модуляции лазерного излучения и устройство для его осуществления |
| RU2755255C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-09-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Акустооптическое устройство 2D отклонения и сканирования неполяризованного лазерного излучения на одном кристалле |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6452682B2 (en) | Apparatus to transform two nonparallel propagating optical beam components into two orthogonally polarized beam | |
| US20170235162A1 (en) | Time-varying metasurface structure | |
| US8687267B2 (en) | Optical wavelength tunable filter | |
| US7894125B2 (en) | Acousto-optic devices | |
| US4945539A (en) | Acousto-optic tunable filter | |
| Balakshy et al. | Influence of acoustic energy walk-off on acousto-optic diffraction characteristics | |
| US5917844A (en) | Apparatus for generating orthogonally polarized beams having different frequencies | |
| Bortolozzo et al. | Beam coupling in photorefractive liquid crystal light valves | |
| RU2786036C1 (ru) | Акустооптический сдвигатель частоты лазерного излучения (варианты) | |
| Kastelik et al. | Double acousto-optic deflector system for increased scanning range of laser beams | |
| Voloshinov et al. | Two-dimensional selection of optical spatial frequencies by acousto-optic methods | |
| RU2613943C1 (ru) | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) | |
| CN115047638A (zh) | 一种无机械活动部件的激光双视向扫描组件系统 | |
| Kupka et al. | Simplified ultrafast pulse shaper for tailored polarization states using a birefringent prism | |
| RU94726U1 (ru) | Акустооптическое устройство для управления двухцветным излучением | |
| Balakshy et al. | Spatial structure of acousto-optic phase matching in uniaxial crystals | |
| Kotov et al. | Acoustoptic Diffraction of Two-Color Radiation at the Limit Frequency of an Acoustic Wave | |
| Balakshy et al. | Anisotropic acousto–optic interaction in tellurium crystal with acoustic walk-off | |
| Bortolozzo et al. | Nonlinear optical applications of photorefractive liquid crystal light-valves | |
| RU2366988C1 (ru) | Коллинеарный акустооптический фильтр | |
| RU2683886C1 (ru) | Устройство для наблюдения обратной коллинеарной дифракции терагерцевого излучения на ультразвуковой волне в кристаллической среде | |
| RU2759420C1 (ru) | Акустооптический фильтр без радиочастотного сдвига отфильтрованного излучения и лазерные устройства с его применением | |
| RU2321031C1 (ru) | Отражательная призма для поворота плоскости поляризации | |
| Kotov et al. | Pulse modulation of multicolored radiation of an argon laser | |
| Kotov et al. | Amplitude Modulation of Two-Color Radiation at Double Sound Frequency |