RU94726U1 - ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION - Google Patents
ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU94726U1 RU94726U1 RU2009146976/22U RU2009146976U RU94726U1 RU 94726 U1 RU94726 U1 RU 94726U1 RU 2009146976/22 U RU2009146976/22 U RU 2009146976/22U RU 2009146976 U RU2009146976 U RU 2009146976U RU 94726 U1 RU94726 U1 RU 94726U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystal
- radiation
- optical
- mirror
- optical surface
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
1. Акустооптическое устройство для управления двухцветным излучением, содержащее одноосный гиротропный кристалл с двумя взаимно параллельными оптическими поверхностями, первая из которых расположена со стороны входа оптического излучения, пьезопреобразователь, расположенный на поверхности кристалла, параллельной его оптической оси, отличающееся тем, что первая оптическая поверхность кристалла составляет с его оптической осью угол α, выбираемый из условия ! ! где n0 и ne - главные показатели преломления света в кристалле длинноволновой составляющей двухцветного излучения, ρ - эллиптичность этой же составляющей, G33 - компонента псевдотензора гирации кристалла. ! 2. Акустооптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит линзу и вогнутое зеркало, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности кристалла, и призму, расположенную со стороны его первой оптической поверхности на пути отраженного от зеркала и продифрагировавшего в кристалле излучения. ! 3. Акустооптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит призму и первое плоское зеркало, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути продифрагировавшего в кристалле излучения, второе плоское зеркало, расположенное со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути прошедшего через кристалл излучения, и призму, расположенную со стороны его первой оптической поверхности на пути отраженного от первого зеркала и продифрагировавшего в кристалле излучения. ! 4. Акустооптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно допо 1. Acousto-optical device for controlling two-color radiation, containing a uniaxial gyrotropic crystal with two mutually parallel optical surfaces, the first of which is located on the input side of the optical radiation, a piezoelectric transducer located on the surface of the crystal parallel to its optical axis, characterized in that the first optical surface of the crystal makes an angle α with its optical axis, chosen from the condition! ! where n0 and ne are the main refractive indices of light in the crystal of the long-wavelength component of two-color radiation, ρ is the ellipticity of the same component, and G33 is the component of the pseudotensor of the crystal gyration. ! 2. The acousto-optical device according to claim 1, characterized in that it further comprises a lens and a concave mirror sequentially located on the side of the second optical surface of the crystal, and a prism located on the side of its first optical surface in the path of radiation reflected from the mirror and diffracted in the crystal . ! 3. The acousto-optical device according to claim 1, characterized in that it further comprises a prism and a first plane mirror, sequentially located on the side of the second optical surface of the crystal in the path of radiation diffracted in the crystal, a second plane mirror located on the side of the second optical surface of the crystal on the way radiation passing through the crystal, and a prism located on the side of its first optical surface in the path of radiation reflected from the first mirror and diffracted in the crystal . ! 4. The acousto-optical device according to claim 1, characterized in that it is additional
Description
Акустооптическое устройство для управления двухцветным излучениемAcoustic-optical device for controlling two-color radiation
Полезная модель относится к акустооптическому устройству, предназначенному для управления двухцветным излучением, и может быть использовано в лазерной доплеровской анемометрии, двухлучевой интерферометрии, лазерных гироскопах и т.д.The utility model relates to an acousto-optical device designed to control two-color radiation, and can be used in laser Doppler anemometry, two-beam interferometry, laser gyroscopes, etc.
Известно акустооптическое устройство для управления двухцветным излучением [1], содержащее одноосный гиротропный кристалл с двумя взаимно параллельными оптическими поверхностями, первая из которых расположена со стороны входа оптического излучения, пьезопреобразователь, расположенный на поверхности кристалла, параллельной его оптической оси. Для вращения плоскости поляризации двухцветного оптического излучения к пьезопреобразователю подводятся два высокочастотных электрических сигнала, один из которых управляет низкочастотной составляющей двухцветного излучения, а другой - высокочастотной составляющей. С изменением частоты каждого из сигналов изменяются углы отклонения составляющих двухцветного излучения, что приводит к изменению оптического пути, проходящего излучением в кристалле. На выходе кристалла поляризация составляющих двухцветного излучения оказывается повернутой на некоторый угол, зависящий от пути, пройденного излучением в кристалле. Недостатками этого устройства являются: статический угол поворота, который определяется величиной частоты акустической волны и меняется только при изменении частоты; необходимость использования кристалла, в котором составляющие излучения дифрагируют с одинаковой эффективностью; низкая скорость изменения плоскости поляризации, определяемая временем прохождения акустической волны через апертуру светового излучения; ограниченный диапазон вращения плоскости поляризации, определяемый узкой полосой частот брэгговской дифракции. Подвод к одному устройству двух электрических сигналов означает подвод двойной акустической мощности. Это приводит к перегреву устройства в целом. Кроме того, использование двух и более электрических сигналов приводит к появлению на выходе устройства дополнительных оптических лучей в результате дифракции на комбинированных частотах (частотной интермодуляции) [2]), что приводит в конечном итоге к потерям оптического излучения.Known acousto-optical device for controlling two-color radiation [1], containing a uniaxial gyrotropic crystal with two mutually parallel optical surfaces, the first of which is located on the input side of the optical radiation, a piezoelectric transducer located on the surface of the crystal parallel to its optical axis. To rotate the plane of polarization of the two-color optical radiation, two high-frequency electrical signals are supplied to the piezoelectric transducer, one of which controls the low-frequency component of the two-color radiation, and the other - the high-frequency component. With a change in the frequency of each of the signals, the deviation angles of the components of the two-color radiation change, which leads to a change in the optical path propagating by radiation in the crystal. At the output of the crystal, the polarization of the components of the two-color radiation turns out to be rotated by a certain angle, depending on the path traveled by the radiation in the crystal. The disadvantages of this device are: a static angle of rotation, which is determined by the frequency of the acoustic wave and changes only when the frequency changes; the need to use a crystal in which the radiation components are diffracted with the same efficiency; low rate of change of the plane of polarization, determined by the time of passage of the acoustic wave through the aperture of light radiation; limited range of rotation of the plane of polarization, determined by a narrow frequency band of Bragg diffraction. Approaching two electrical signals to one device means supplying double acoustic power. This leads to overheating of the device as a whole. In addition, the use of two or more electrical signals leads to the appearance of additional optical rays at the output of the device as a result of diffraction at combined frequencies (frequency intermodulation) [2]), which ultimately leads to loss of optical radiation.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является устройство [3], содержащее одноосный гиротропный кристалл с двумя взаимно параллельными оптическими поверхностями, первая из которых расположена со стороны входа оптического излучения, пьезопреобразователь, расположенный на поверхности кристалла, параллельной его оптической оси и ортогональной его входной и выходной оптическим поверхностям, входная оптическая поверхность кристалла расположена под углом α к его оптической оси, выбранным из условияClosest to the proposed design is a device [3] containing a uniaxial gyrotropic crystal with two mutually parallel optical surfaces, the first of which is located on the input side of the optical radiation, a piezoelectric transducer located on the surface of the crystal parallel to its optical axis and orthogonal to its input and output optical surfaces, the input optical surface of the crystal is located at an angle α to its optical axis, selected from the condition
где λ - длина волны коротковолновой составляющей двухцветного излучения, n0 и ne - главные показатели преломления света в кристалле для указанной длины волны λ, L - размер пьезопреобразователя в направлении оптической оси кристалла.where λ is the wavelength of the short-wavelength component of two-color radiation, n 0 and n e are the main refractive indices of light in the crystal for the indicated wavelength λ, L is the size of the piezoelectric transducer in the direction of the optical axis of the crystal.
Недостатком этого устройства является неспособность его работы с циркулярно-поляризованным излучением, что ограничивает его функциональные возможности, в частности, не позволяет использовать его в составе ротатора плоскости поляризации двухцветного излучения.The disadvantage of this device is the inability to operate with circularly polarized radiation, which limits its functionality, in particular, does not allow its use in the rotator of the plane of polarization of two-color radiation.
Техническая задача, решаемая в предложенной конструкции, состоит в расширении функциональных возможностей. В частности, в отличие от прототипа, предложенное устройство обеспечивает работу с циркулярно-поляризованным излучением и может использоваться в качестве основного узла ротатора плоскости поляризации двухцветного излучения.The technical problem solved in the proposed design is to expand the functionality. In particular, unlike the prototype, the proposed device provides work with circularly polarized radiation and can be used as the main node of the rotator of the plane of polarization of two-color radiation.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем одноосный гиротропный кристалл с двумя взаимно параллельными оптическими поверхностями, первая из которых расположена со стороны входа оптического излучения, пьезопреобразователь, расположенный на поверхности кристалла, параллельной его оптической оси, в отличие от прототипа, первая оптическая поверхность кристалла составляет с его оптической осью угол α, выбираемый из условияThe problem is solved in that in the known device containing a uniaxial gyrotropic crystal with two mutually parallel optical surfaces, the first of which is located on the input side of the optical radiation, a piezoelectric transducer located on the surface of the crystal parallel to its optical axis, in contrast to the prototype, is the first optical the surface of the crystal makes an angle α with its optical axis, chosen from the condition
где n0 и ne - главные показатели преломления света в кристалле длинноволновой составляющей двухцветного излучения, ρ - эллиптичность этой же составляющей, G33 - компонента псевдотензора гирации кристалла [4].where n 0 and n e are the main refractive indices of light in the crystal of the long-wavelength component of two-color radiation, ρ is the ellipticity of the same component, G 33 is the component of the pseudotensor of the crystal gyration [4].
При использовании устройства в составе ротатора плоскости поляризации оно дополнительно может содержать линзу и вогнутое зеркало, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности кристалла, и призму, расположенную со стороны его первой оптической поверхности на пути отраженного от зеркала и продифрагировавшего в кристалле излучения.When using the device as part of a rotator of the plane of polarization, it can additionally contain a lens and a concave mirror, sequentially located on the side of the second optical surface of the crystal, and a prism located on the side of its first optical surface in the path of radiation reflected from the mirror and diffracted in the crystal.
В другом варианте устройство может содержать призму и первое плоское зеркало, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути продифрагировавшего в кристалле излучения, второе плоское зеркало, расположенное со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути прошедшего через кристалл излучения, и призму, расположенную со стороны его первой оптической поверхности на пути отраженного от первого зеркала и продифрагировавшего в кристалле излучения.In another embodiment, the device may comprise a prism and a first plane mirror sequentially located on the side of the second optical surface of the crystal in the path of radiation diffracted in the crystal, a second plane mirror located on the side of the second optical surface of the crystal on the path of radiation transmitted through the crystal, and a prism located on sides of its first optical surface in the path of radiation reflected from the first mirror and diffracted in the crystal.
В варианте с минимальными оптическими потерями и минимальным искажением оптических излучений оно дополнительно может содержать плоское зеркало, расположенное со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути прошедшего через кристалл излучения, и две двугранные призмы, одна грань которых покрыта многослойной селективной пленкой, а другая - отражающей пленкой, при этом одна призма расположена со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути продифрагировавшего в кристалле излучения, а другая - со стороны его первой оптической поверхности на пути отраженного от зеркала и продифрагировавшего в кристалле излучения.In the variant with minimal optical loss and minimal distortion of optical radiation, it can additionally contain a flat mirror located on the side of the second optical surface of the crystal in the path of radiation passing through the crystal, and two dihedral prisms, one face of which is covered with a multilayer selective film and the other with a reflective film while one prism is located on the side of the second optical surface of the crystal in the path of radiation diffracted in the crystal, and the other on the side of its first optical surface in the path of radiation reflected from the mirror and diffracted in the crystal.
В варианте с пространственным разделением излучений, падающих со стороны оптических поверхностей 2 и 3, оно дополнительно может содержать уголковый отражатель, расположенный со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути прошедшего через него излучения, трехгранную призму и зеркало, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности кристалла на пути продифрагировавшего в кристалле излучения, причем одна грань призмы прозрачна, вторая покрыта отражающей пленкой, и третья покрыта многослойной селективной пленкой и ориентирована параллельно зеркалу, при этом со стороны первой оптической поверхности кристалла на пути излучения, отраженного от трехгранной призмы и зеркала, расположена двугранная призма, одна грань которой покрыта селективной многослойной пленкой, а другая - отражающей пленкой.In the embodiment with a spatial separation of the radiation incident from the optical surfaces 2 and 3, it may further comprise an angular reflector located on the side of the second optical surface of the crystal in the path of the radiation transmitted through it, a trihedral prism and a mirror, sequentially located on the side of the second optical surface of the crystal in the path of radiation diffracted in the crystal, one face of the prism being transparent, the second covered with a reflective film, and the third coated with a multilayer film and is oriented parallel to the mirror, while from the side of the first optical surface of the crystal on the path of radiation reflected from the trihedral prism and the mirror, there is a dihedral prism, one face of which is covered with a selective multilayer film, and the other with a reflective film.
Предложенное техническое решение поясняется рисунками, где на фиг.1 приведена оптическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2, 3, 4 и 5 приведены оптические схемы динамического ротатора плоскости поляризации двухцветного излучения с использованием предлагаемого устройства.The proposed technical solution is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows an optical diagram of the proposed device, Figs. 2, 3, 4 and 5 show optical diagrams of a dynamic rotator of a plane of polarization of two-color radiation using the proposed device.
Предлагаемое устройство содержит одноосный гиротропный кристалл 1 (фиг.1) с входной 2 и выходной 3 взаимно параллельными оптическими поверхностями и поверхностью 4, на которой расположен пьезопреобразователь 5. Поверхность 4 параллельна оптической оси 6 кристалла. Поверхность 2 наклонена к оптической оси 6 под углом α, удовлетворяющим соотношению (2).The proposed device contains a uniaxial gyrotropic crystal 1 (Fig. 1) with input 2 and output 3 mutually parallel optical surfaces and surface 4 on which the piezoelectric transducer 5 is located. Surface 4 is parallel to the optical axis 6 of the crystal. The surface 2 is inclined to the optical axis 6 at an angle α satisfying relation (2).
Акустооптическое устройство может быть изготовлено из одноосного положительного гиротропного кристалла ТеО2. Входной оптической поверхностью 2 выбирается поверхность, ортогональная поверхности и наклоненная к оптической оси 6, представляющей в кристалле направление [001], под углом α, выбираемым согласно соотношению (2). Выходная оптическая поверхность 3 параллельна входной поверхности 2. Поверхностью 4 кристалла, на которой располагается пьезопреобразователь 5, выбирается поверхность {110}.The acousto-optical device can be made of a uniaxial positive gyrotropic TeO 2 crystal. The input optical surface 2 selects a surface orthogonal to the surface and inclined to the optical axis 6, representing the direction [001] in the crystal, at an angle α selected according to relation (2). The output optical surface 3 is parallel to the input surface 2. The surface {110} is selected by the surface 4 of the crystal on which the piezoelectric transducer 5 is located.
При использовании устройства в составе ротатора плоскости поляризации (фиг.2) оно дополнительно содержит линзу 7 и вогнутое зеркало 8, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла, и призму 9, расположенную со стороны его первой оптической поверхности 2 на пути отраженного от зеркала 8 и продифрагировавшего в кристалле 1 излучения.When using the device as part of a rotator of the plane of polarization (Fig. 2), it additionally contains a lens 7 and a concave mirror 8, sequentially located on the side of the second optical surface 3 of the crystal, and a prism 9, located on the side of its first optical surface 2 on the path reflected from the mirror 8 and radiation diffracted in the crystal 1.
При использовании устройства в составе ротатора плоскости поляризации, вносящего минимальные искажения в излучение (фиг.3), оно дополнительно содержит призму 10 и первое плоское зеркало 11, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла на пути продифрагировавшего в кристалле излучения, второе плоское зеркало 12, расположенное со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла на пути прошедшего через кристалл излучения, и призму 13, расположенную со стороны его первой оптической поверхности 2 на пути отраженного от первого зеркала 11 и продифрагировавшего в кристалле излучения.When using the device in the composition of the rotator of the plane of polarization, introducing minimal distortion into the radiation (Fig. 3), it additionally contains a prism 10 and a first flat mirror 11, sequentially located on the side of the second optical surface 3 of the crystal in the path of radiation diffracted in the crystal, the second flat mirror 12, located on the side of the second optical surface 3 of the crystal in the path of the radiation transmitted through the crystal, and a prism 13, located on the side of its first optical surface 2 on the path o reflected from the first mirror 11 and radiation diffracted in the crystal.
При использовании устройства в составе ротатора плоскости поляризации, вносящего как минимальные оптические потери, так и минимальные искажения в излучение (фиг.4), оно дополнительно содержит плоское зеркало 14, расположенное со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла на пути прошедшего через кристалл излучения, и две двугранные призмы 15 и 16, одна грань которых покрыта селективной многослойной пленкой, пропускающей излучение с длиной волны λ1 и отражающей излучение с длиной волны λ2, а другая грань покрыта отражающей пленкой. Призма 15 расположена со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла 1 на пути продифрагировавшего в кристалле 1 излучения, а призма 16 - со стороны его первой оптической поверхности 2 на пути отраженного от зеркала 14 и продифрагировавшего в кристалле 1 излучения.When using the device as part of a rotator of the plane of polarization, introducing both minimal optical loss and minimal distortion into the radiation (Fig. 4), it additionally contains a flat mirror 14 located on the side of the second optical surface 3 of the crystal in the path of the radiation transmitted through the crystal, and two dihedral prisms 15 and 16, one face of which is coated with a selective multilayer film that transmits radiation with a wavelength of λ 1 and reflecting radiation with a wavelength of λ 2 , and the other face is covered with a reflective film. Prism 15 is located on the side of the second optical surface 3 of crystal 1 in the path of radiation diffracted in the crystal 1, and prism 16 is located on the side of its first optical surface 2 in the path of radiation reflected from the mirror 14 and diffracted in the crystal 1.
При использовании устройства в составе ротатора плоскости поляризации с пространственным разделением излучений (фиг.5), падающих со стороны оптических поверхностей 2 и 3, оно дополнительно содержит трехгранную призму 17 и зеркало 18, последовательно расположенные со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла на пути продифрагировавшего в кристалле излучения, уголковый отражатель 19, расположенный со стороны второй оптической поверхности 3 кристалла 1 на пути прошедшего через кристалл излучения, и двугранную призму 20, расположенную со стороны первой оптической поверхности 2 кристалла 1 на пути продифрагировавшего в кристалле 1 излучения. В призме 17 одна грань, обращенная к поверхности 3 кристалла 1, выполнена прозрачной для двухцветного излучения, другая грань покрыта отражающей, например, металлической пленкой, а третья грань, обращенная к зеркалу 18 и параллельная ему, покрыта многослойной селективной пленкой, пропускающей излучение с длиной волны λ1 и отражающей излучение с длиной волны λ2. Двугранная призма 20 выполнена аналогично призме 16 (фиг.4).When using the device in the composition of the rotator of the plane of polarization with a spatial separation of radiation (figure 5), incident from the side of the optical surfaces 2 and 3, it additionally contains a trihedral prism 17 and a mirror 18, sequentially located on the side of the second optical surface 3 of the crystal in the way diffracted in radiation crystal, an angular reflector 19 located on the side of the second optical surface 3 of crystal 1 on the path of radiation passing through the crystal, and a dihedral prism 20 located with on the side of the first optical surface 2 of crystal 1 in the path of radiation diffracted in crystal 1. In prism 17, one face turned to the surface 3 of crystal 1 is made transparent for two-color radiation, the other face is covered with a reflecting, for example, metal film, and the third face facing the mirror 18 and parallel to it is covered with a multilayer selective film transmitting radiation with a length wavelength λ 1 and reflective radiation with wavelength λ 2 . The dihedral prism 20 is made similarly to the prism 16 (figure 4).
Устройство работает следующим образом. Двухцветное оптическое излучение 21 (фиг.1) с длинами волн λ1 и λ2 направляется на кристалл 1 ортогонально его входной оптической поверхности 2. Внутри кристалла двухцветное излучение представляется в виде четырех излучений 22, 23, 24, 25, из которых 22, 23 являются излучениями с длиной волны λ1, а 24, 25 - с длиной волны λ2, причем поляризации излучений 22 и 24 - право-циркулярные, а поляризации излучений 23 и 25 - лево-циркулярные. На пьезопреобразователь 5 подается высокочастотный электрический сигнал с частотой, обеспечивающей брэгговскую дифракцию излучений 23 и 25 с лево-циркулярными поляризациями на акустической волне 26, генерируемой пьезопреобразователем 5. В результате анизотропной брэгговской дифракции на выходе устройства образуются два продифрагировавших излучения 27 и 28 с длинами волн λ1 и λ2, соответственно, поляризации которых являются право-циркулярными, и прошедшие излучения 22, 24 с теми же длинами волн λ1, λ2, поляризации которых так же право-циркулярные. Кроме того, частоты продифрагировавших излучений 27 и 28 становятся равными (ω1-Ω) и (ω2-Ω) в результате изменения частоты при отражении от бегущей волны, где ω1, ω2 - частоты излучений с длинами волн λ1, λ2, соответственно, Ω - частота звука. Частоты прошедших излучений 22, 24 остаются неизменными, равными ω1 и ω2.The device operates as follows. Two-color optical radiation 21 (Fig. 1) with wavelengths λ 1 and λ 2 is directed to crystal 1 orthogonal to its input optical surface 2. Inside the crystal, two-color radiation is represented as four radiations 22, 23, 24, 25, of which 22, 23 are radiation with a wavelength of λ 1 , and 24, 25 with a wavelength of λ 2 , and the polarizations of radiation 22 and 24 are right-circular, and the polarizations of radiation 23 and 25 are left-circular. A high-frequency electrical signal with a frequency providing Bragg diffraction of radiations 23 and 25 with left-circular polarizations on acoustic wave 26 generated by piezoelectric transducer 5 is fed to piezoelectric transducer 5. As a result of anisotropic Bragg diffraction, two diffracted radiation 27 and 28 with wavelengths λ are generated at the device output 1 and λ 2, respectively, the polarization of which are right-circular, and past the radiation 22, 24 with the same wavelengths λ 1, λ 2, where polarization in the same right-circulating molecular weight. In addition, the frequencies of the diffracted radiation 27 and 28 become equal to (ω 1 -Ω) and (ω 2 -Ω) as a result of a change in the frequency when reflected from a traveling wave, where ω 1 , ω 2 are the frequencies of radiation with wavelengths λ 1 , λ 2 , respectively, Ω is the frequency of sound. The frequencies of transmitted radiation 22, 24 remain unchanged, equal to ω 1 and ω 2 .
Пусть в качестве примера двухцветным излучением является излучение с длинами волн λ1=0.488 мкм (синяя линия) и λ2=0.514 мкм (зеленая линия), генерируемые Аr лазером. Эллиптичность длинноволновой составляющей двухцветного излучения выберем равной ρ=0.8. При этом, согласно расчетам, эллиптичность коротковолновой составляющей будет заведомо больше 0.8, т.е. ближе к состоянию циркулярной поляризации (ρ=1). Другими словами для работы устройства вполне достаточно задавать эллиптичность только длинноволновой составляющей двухцветного излучения. Показатели преломления длинноволновой составляющей λ2 в ТеО2 равны [5] n0=2,3115, ne=2,4735, компонента псевдотензора гирации G33=3.69*10-5 [4, 6], откуда угол α должен выбираться в пределах 90°≥α≥88.5°. Возьмем α=88.7°. Направим двухцветное излучение ортогонально входной оптической поверхности 2. Пьезопреобразователь 5 генерирует поперечную акустическую волну, скорость которой в ТеО2 равна 0.617*105 см/с. На частоте звука f=88.9 МГц составляющие двухцветного излучения с лево-циркулярной поляризацией будут претерпевать брэгговскую дифракцию, а с право-циркулярной поляризацией - нет, при этом поляризации дифрагировавших и прошедших лучей будут одинаковыми, имеющими правоциркулярную поляризацию.Let as an example, two-color radiation be radiation with wavelengths λ 1 = 0.488 μm (blue line) and λ 2 = 0.514 μm (green line) generated by an Ar laser. The ellipticity of the long-wave component of two-color radiation is chosen equal to ρ = 0.8. In this case, according to the calculations, the ellipticity of the short-wave component will certainly be greater than 0.8, i.e. closer to the state of circular polarization (ρ = 1). In other words, for the operation of the device it is quite enough to set the ellipticity of only the long-wave component of the two-color radiation. The refractive indices of the long-wavelength component λ 2 in TeO 2 are [5] n 0 = 2.3115, n e = 2.4735, the component of the gyration pseudotensor G 33 = 3.69 * 10 -5 [4, 6], from which the angle α should be selected in within 90 ° ≥α≥88.5 °. Take α = 88.7 °. Let us direct two-color radiation orthogonally to the input optical surface 2. The piezoelectric transducer 5 generates a transverse acoustic wave whose velocity in TeO 2 is 0.617 * 10 5 cm / s. At the sound frequency f = 88.9 MHz, the components of two-color radiation with left-circular polarization will undergo Bragg diffraction, but with right-circular polarization they will not, while the polarizations of the diffracted and transmitted rays will be the same with right-circular polarization.
Устройство в составе ротатора плоскости поляризации двухцветного оптического излучения (фиг.2) работает следующим образом. Двухцветное линейно поляризованное излучение 21 направлено ортогонально входной оптической поверхности 2 кристалла. Внутри кристалла двухцветное излучение представляется в виде четырех излучений 22, 23, 24, 25, из которых излучения 22, 23 являются излучениями с длиной волны λ1, а излучения 24, 25 - с длиной волны λ2, причем поляризации излучений 22 и 24 - право-циркулярные, а поляризации излучений 23 и 25 - лево-циркулярные. На пьезопреобразователь 5 подается высокочастотный электрический сигнал с частотой, обеспечивающей брэгговскую дифракцию излучений 23 и 25 с лево-циркулярными поляризациями на акустической волне 26, генерируемой пьезопреобразователем 5. В результате анизотропной брэгговской дифракции на выходе устройства образуются два продифрагировавших излучения 27 и 28 с длинами волн λ1 и λ2, соответственно, поляризации которых являются право-циркулярными, и прошедшие излучения 22, 24 с теми же длинами волн λ1, λ2, поляризации которых так же право-циркулярные. При этом частоты излучений 27 и 28 стали равными (ω1-Ω) и (ω2-Ω). Излучения 27, 28, 22 и 24 проходят через линзу 7, фокусируются на вогнутое зеркало 8 и отражаются от него в строго противоположном направлении. Эти излучения, имеющие право-циркулярные поляризации, при отражении от зеркала 8 приобретают лево-циркулярную поляризацию. Излучения 27, 28 после отражения от зеркала 8 и прохождении линзы 7 пересекают кристалл 1 без дифракции в направлении лучей 29, 30, соответственно. Излучения же 22, 24 после отражения от зеркала 8 и прохождении линзы 7 распространяются в кристалле 1 в виде излучений 31, 32, которые претерпевают брэгговскую дифракцию на звуковой волне 26. После дифракции они распространяются в направлениях излучений 33, 34, соответственно, их поляризации стали право-циркулярными. Кроме того, их частоты стали равными (ω1+Ω) и (ω2+Ω) в результате изменения частоты при отражении от бегущей звуковой волны. Излучения 29 и 33 с длиной волны λ1 распространяются параллельно друг другу, аналогично распространяются и излучения 30, 34 с длиной волны λ2. Излучения 29, 33, 30 и 34, направляются на призму 9, после которой они распространяются параллельно друг другу. При этом пара излучений 29, 33 формирует излучение с длиной волны λ1, поляризация которого вращается с частотой 2Ω, а пара излучений 30, 34 - излучение с длиной волны λ2, поляризация которого вращается с той же частотой 2Ω. На основе явления «биения» [7] между излучениями, суммарное излучение представляется в виде двух плоских волн с длинами волн λ1 и λ2, поляризации которых вращаются вокруг направления распространения излучений с частотой 2Ω. В описываемом устройстве частота звука равна 88.9 МГц, т.е. частота вращения плоскости поляризации каждого из излучений составит 177.8 МГц.The device as part of the rotator plane of polarization of the two-color optical radiation (figure 2) works as follows. Two-color linearly polarized radiation 21 is directed orthogonally to the input optical surface 2 of the crystal. Inside the crystal, two-color radiation is represented in the form of four radiations 22, 23, 24, 25, of which radiations 22, 23 are radiations with a wavelength of λ 1 , and radiations of 24, 25 - with a wavelength of λ 2 , with polarizations of radiations 22 and 24 - right-circular, and polarizations of radiation 23 and 25 - left-circular. A high-frequency electrical signal with a frequency providing Bragg diffraction of radiations 23 and 25 with left-circular polarizations on acoustic wave 26 generated by piezoelectric transducer 5 is fed to piezoelectric transducer 5. As a result of anisotropic Bragg diffraction, two diffracted radiation 27 and 28 with wavelengths λ are generated at the device output 1 and λ 2, respectively, which are polarization-circular right, and past the radiation 22, 24 with the same wavelengths λ 1, λ 2, which is also the polarization-right circulating molecular weight. In this case, the radiation frequencies 27 and 28 became equal to (ω 1 -Ω) and (ω 2 -Ω). Radiations 27, 28, 22 and 24 pass through the lens 7, are focused on the concave mirror 8 and are reflected from it in the strictly opposite direction. These radiations having right-circular polarizations, when reflected from mirror 8, acquire left-circular polarization. Radiations 27, 28 after reflection from the mirror 8 and the passage of the lens 7 cross the crystal 1 without diffraction in the direction of the rays 29, 30, respectively. The radiation 22, 24 after reflection from the mirror 8 and the passage of the lens 7 propagate in the crystal 1 in the form of radiation 31, 32, which undergo Bragg diffraction by sound wave 26. After diffraction, they propagate in the directions of radiation 33, 34, respectively, their polarization became right circular. In addition, their frequencies became equal to (ω 1 + Ω) and (ω 2 + Ω) as a result of a change in frequency during reflection from a traveling sound wave. Radiations 29 and 33 with a wavelength of λ 1 propagate parallel to each other, similarly propagate radiation 30, 34 with a wavelength of λ 2 . Radiations 29, 33, 30 and 34 are directed to prism 9, after which they propagate parallel to each other. In this case, a pair of radiations 29, 33 forms radiation with a wavelength of λ 1 , the polarization of which rotates with a frequency of 2Ω, and a pair of radiations 30, 34 produces radiation with a wavelength of λ 2 , whose polarization rotates with the same frequency of 2Ω. Based on the phenomenon of “beating” [7] between emissions, the total radiation is represented as two plane waves with wavelengths λ 1 and λ 2 , the polarizations of which rotate around the direction of propagation of radiation with a frequency of 2Ω. In the described device, the sound frequency is 88.9 MHz, i.e. the rotation frequency of the plane of polarization of each radiation will be 177.8 MHz.
Устройство, представленное на фиг.3, работает следующим образом. Двухцветное оптическое излучение 21 направлено ортогонально к оптической поверхности 2 кристалла. Все процессы, происходящие внутри кристалла, аналогичны описанным выше. Принципиальным отличием этого устройства от устройства, представленного на фиг.2, является то, что вместо линзы 7 и вогнутого зеркала 8 оно содержит призму 10 и плоские зеркала 11 и 12. Эти элементы не меняют угловую расходимость оптических излучений, как это происходит при использовании линз и вогнутых зеркал, и, следовательно, вносят минимальные искажения в оптические излучения. Здесь продифрагировавшие излучения 27 и 28 направляются на призму 10, после которой они распространяются параллельно друг другу. Отразившись от зеркала 11 в строго противоположном направлении, они пересекают кристалл 1 без дифракции. Отраженные от плоского зеркала 12 излучения 22, 24 дифрагируют на акустической волне 26. Остальной процесс формирования двухцветного излучения с вращающейся поляризацией аналогичен описанному выше.The device shown in figure 3, operates as follows. The two-color optical radiation 21 is directed orthogonally to the optical surface 2 of the crystal. All processes occurring inside the crystal are similar to those described above. The fundamental difference between this device and the device shown in Fig. 2 is that instead of a lens 7 and a concave mirror 8, it contains a prism 10 and flat mirrors 11 and 12. These elements do not change the angular divergence of optical radiation, as occurs when using lenses and concave mirrors, and therefore introduce minimal distortion into optical radiation. Here, the diffracted radiation 27 and 28 are directed to a prism 10, after which they propagate parallel to each other. Reflected from the mirror 11 in the strictly opposite direction, they cross the crystal 1 without diffraction. The radiation 22, 24 reflected from the planar mirror 12 is diffracted by the acoustic wave 26. The rest of the process of the formation of two-color radiation with rotating polarization is similar to that described above.
Устройство, представленное на фиг.4, работает следующим образом. Двухцветное оптическое излучение 21 направлено ортогонально к оптической поверхности 2 кристалла 1. Все процессы, происходящие внутри кристалла, аналогичны описанным выше. Это устройство отличается от устройства, представленного на фиг.3, тем, что вместо призм 10, 13 и зеркала 11 оно содержит две двугранные призмы 15 и 16, одна грань которых отражает излучение с длиной волны λ1, а другая - λ2. Таким образом, в сравнении с устройством, приведенным на фиг.3, оно содержит минимальное число дополнительных оптических элементов, необходимых для работы ротатора, и, следовательно, вносит как минимальные оптические потери, так и минимальные искажения. В остальном работа устройства аналогична описанным выше.The device shown in figure 4, operates as follows. Two-color optical radiation 21 is directed orthogonally to the optical surface 2 of crystal 1. All processes occurring inside the crystal are similar to those described above. This device differs from the device shown in Fig. 3 in that instead of prisms 10, 13 and mirror 11, it contains two dihedral prisms 15 and 16, one face of which reflects radiation with a wavelength of λ 1 and the other λ 2 . Thus, in comparison with the device shown in figure 3, it contains a minimum number of additional optical elements necessary for the operation of the rotator, and, therefore, introduces both minimal optical loss and minimal distortion. Otherwise, the operation of the device is similar to that described above.
Устройство, представленное на фиг.5, работает следующим образом. Двухцветное оптическое излучение 21 направлено ортогонально к оптической поверхности 2 кристалла. Все процессы, происходящие внутри кристалла, аналогичны описанным выше. Вышедшее из кристалла 1 излучение 28 отражается от граней призмы 17 и проходит через кристалл 1 в направлении излучения 30, параллельного излучению 28, но не совпадающего с ним пространственно. Излучение 27 отражается от грани призмы 17 и зеркала 18, проходит через кристалл 1 в направлении излучения 29, параллельного излучению 27 таким образом, что оно пересекается с излучением 30 внутри кристалла 1. Излучения 22, 24, отразившись от уголкового отражателя 19, распространяются в кристалле 1 в виде излучений 31, 32, которые пересекаются внутри кристалла 1 с излучениями 29 и 30. Таким образом, излучения 22, 24, 27 и 28, пересекающие кристалл 1 со стороны поверхности 2, не пересекаются с теми же излучениями, входящими в кристалл 1 со стороны поверхности 3. Эти излучения группируются в разных точках кристалла, что позволяет управлять оптическим излучением большой мощности без опасения перегрева кристалла.The device shown in figure 5, operates as follows. The two-color optical radiation 21 is directed orthogonally to the optical surface 2 of the crystal. All processes occurring inside the crystal are similar to those described above. The radiation 28 emerging from the crystal 1 is reflected from the faces of the prism 17 and passes through the crystal 1 in the direction of the radiation 30 parallel to the radiation 28, but not spatially coinciding with it. Radiation 27 is reflected from the face of the prism 17 and mirror 18, passes through the crystal 1 in the direction of radiation 29, parallel to radiation 27 so that it intersects with radiation 30 inside the crystal 1. Radiations 22, 24, reflected from the corner reflector 19, propagate in the crystal 1 in the form of radiations 31, 32, which intersect inside the crystal 1 with radiations 29 and 30. Thus, radiations 22, 24, 27 and 28 crossing the crystal 1 from the side of surface 2 do not intersect with the same radiations entering the crystal 1 from the surface 3. These are from Radiations are grouped at different points in the crystal, which makes it possible to control high-power optical radiation without fear of overheating of the crystal.
В остальном работа устройства аналогична описанным выше.Otherwise, the operation of the device is similar to that described above.
Как видно из этих примеров, предложенное устройство имеет более широкие функциональные возможности в сравнении с прототипом. Оно позволяет эффективно управлять двухцветным излучением с циркулярными поляризациями. Его использование в сочетании с пассивными оптическими элементами позволяет создавать новый класс оптических приборов - динамических ротаторов плоскости поляризации двухцветного излучения, управляемых одной акустической волной. Частота вращения плоскости поляризации может значительно превышать предельную частоту звука в кристалле, ограниченного главным образом поглощением звуковой волны: в предлагаемом устройстве частота вращения равна удвоенной частоте звука. Предложено несколько вариантов ротаторов поляризации двухцветного излучения, каждый из которых обладает своими особенностями и достоинствами.As can be seen from these examples, the proposed device has wider functionality in comparison with the prototype. It allows you to effectively control two-color radiation with circular polarizations. Its use in combination with passive optical elements allows you to create a new class of optical devices - dynamic rotators of the plane of polarization of two-color radiation, controlled by a single acoustic wave. The frequency of rotation of the plane of polarization can significantly exceed the limiting frequency of sound in the crystal, limited mainly by the absorption of the sound wave: in the proposed device, the rotation frequency is equal to twice the frequency of sound. Several variants of two-color radiation polarization rotators are proposed, each of which has its own characteristics and advantages.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №4558926, кл. 350/373, 1985.1. US patent No. 4558926, cl. 350/373, 1985.
2. Hecht D.L. Multifrequency Acoustooptic Diffraction.//IEEE, 1977. V. SU-24, No 1. P.7-18.2. Hecht D.L. Multifrequency Acoustooptic Diffraction.//IEEE, 1977. V. SU-24, No. 1. P.7-18.
3. Заявка на полезную модель №2009126223/22, Кл. G02F 1/33, дата подачи 08.07.2009 г., решение о выдаче 10.08.2009 г.3. Application for utility model No. 2009126223/22, Cl. G02F 1/33, filing date 08/08/2009, decision on extradition 08/10/2009
4. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. - М.: Наука, 1979. 640 с.4. Sirotin Yu.I., Shaskolskaya M.P. Fundamentals of Crystal Physics. - M .: Nauka, 1979. 640 p.
5. Акустические кристаллы/ Под ред. Шаскольской М.П. - Москва: Наука, 1982.5. Acoustic crystals / Ed. Shaskolskaya M.P. - Moscow: Science, 1982.
6. Кизель В.А., Бурков В.И. Гиротропия кристаллов. - М.: Наука, 1980. 304 с.6. Kiesel V.A., Burkov V.I. Gyrotropy of crystals. - M .: Nauka, 1980. 304 p.
7. Най Дж. Физические свойства кристаллов. - М.: Мир, 1967. 385 с.7. Nye J. Physical properties of crystals. - M .: Mir, 1967.385 s.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009146976/22U RU94726U1 (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009146976/22U RU94726U1 (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94726U1 true RU94726U1 (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009146976/22U RU94726U1 (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU94726U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559994C1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Acoustic-optical device with variable angle of piezo inverter |
-
2009
- 2009-12-17 RU RU2009146976/22U patent/RU94726U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559994C1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Acoustic-optical device with variable angle of piezo inverter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5276548A (en) | Ring cavity optical parametric apparatus | |
| JPH04226092A (en) | Single frequency ring laser | |
| RU100680U1 (en) | LASER WITH OPTICAL PARAMETRIC GENERATOR | |
| US4945539A (en) | Acousto-optic tunable filter | |
| JP2000261081A (en) | Laser | |
| CN101672988A (en) | An acousto-optic tunable filter | |
| CN203490436U (en) | Electro-optics Q-switch optical switch | |
| CN105119139B (en) | Based on 2 μm of solid state lasers of suspension resonant cavity tunable single longitudinal mode | |
| CN108767650B (en) | Function composite electro-optical Q switch | |
| RU94726U1 (en) | ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION | |
| US7248397B1 (en) | Wavelength-doubling optical parametric oscillator | |
| RU2613943C1 (en) | Acousto-optic polarization transformer of laser radiation (versions) | |
| RU2462739C1 (en) | Acousto-optical anisotropic deflector | |
| CN101299508A (en) | Annular resonant cavity laser | |
| KR940006340B1 (en) | Linear polarizer | |
| Magdich et al. | Wide-aperture diffraction of unpolarised radiation in a system of two acousto-optic filters | |
| RU88823U1 (en) | ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION | |
| RU2321031C1 (en) | Reflecting prism for bringing plane of polarization in rotation | |
| RU99200U1 (en) | ELECTRO-OPTICAL AMPLITUDE MODULATOR | |
| RU2786036C1 (en) | Acousto-optical laser radiation frequency shifter (variants) | |
| CN103197431B (en) | Optical fiber coupler | |
| CN220021897U (en) | Dual wavelength laser | |
| JPS62104092A (en) | Frequency doubling laser | |
| RU2759420C1 (en) | Acousto-optic filter without radio frequency shift of filtered radiation and laser devices with its application | |
| CN112736635B (en) | Anti-detuning long-pulse wide-angle conical cavity solid laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20121218 |