3. Устройство акустооптического дефлектора

Принцип действия акустооптического дефлектора (АОД) основан на управлении

пространственным положением луча в зависимости от частоты подаваемого

высокочастотного (ВЧ) сигнала. Дефлекторы применяются для формирования изображения в системах лазерного телевидения, в системах поиска и слежения за движущимися объектами, в блоках оптической памяти вычислительных машин и

т.д.

Fig.3. Устройство акустооптического дефлектора.

Принцип работы дефлектора поясняется Fig.3, позиции на которой обозначают: 1 - пьезопреобразователь, 2 - пьезокристалл, 3 - поглотитель, 4 - модулируемое лазерное излучение.

4. Образец и входные данные

Данные для устройства на основе LiNbO₃ представлены ниже:

- длина волны лазерного излучения, падающего на переднюю грань АОД =0,6328 мкм;

- скорость ультразвука в пьезокристалле =6,57*10³ м/с;

- коэффициенты преломления n_e=2,20 и n_o=2,20;

- диаметр лазерного пучка d=2*10^-3 m;

- время переключения ∆t=5 мкс;

- угол сканирования Θ=4 градуса;

- число разрешимых элементов N=500;

5. Расчет параметров устройства

Расчеты выполненные в пакете Mathcad представлены ниже:

- центральная акустическая частота:

- полоса модуляции:

- длина взаимодействия:

- угол падения (угол Брэгга):

градус

- изменение угла падения (угла Брэгга):

градус

- волновой вектор падающего излучения:

- волновой вектор дифрагированного излучения излучения:

- длина волны акустической волны:

- волновой вектор акустической волны:

- проверка условия нормального падения светового пучка ( ):

- угловая расходимость оптического волнового вектора:

градус

- угловая расходимость акустического волнового вектора:

градус

- длина прохождения акустического пучка:

- проверка выполнения условия налагаемого на диапазон углов падения оптического пучка ( ):

6. Результаты расчетов. Выводы

В пункте 5 были рассчитаны параметры АОД. Как видно из рассчетов условие налагаемое на диапазон углов падения оптического пучка не ваыполняется:

и не равны.

Определяющим параметром выполнения данного условия является расчетная длина взаимодействия L=0,12м. Очевидно, что данный параметр слишком велик (в силу дороговизны кристалла LiNbO3). Поэтому реальная длина взаимодействия будет равна L= 0,001 м.

Расчетная длина прохождения акустического пучка составила 0,033м. Так как диаметр пучка равен 2*10^-3 м, то размер грани кристалла можно уменьшить до 5*10^-3м.

Так как рассматривается брэгговский дефлектор, то световой пучок должен падать под определенным углом (углом Брэгга), то есть будет использоваться только один дифракционный максимум, что приведет к малым световым потерям.

Fig4. Диаграмма акустооптического взаимодействия

Плоскость рассеяния (т.е. плоскость векторов падающего и дифрагированного оптических пучков) перпендикулярна с-оси одноосного кристалла. Акустический пучок падает таким образом, что для центральной рабочей частоты f_o волновой вектор k` дифрагированной волны перпендикулярен звуковому волновому вектору К. Выполнение данных условий приведет к тому, что условие Брэгга выполнится без использования сильно расходящихся акустических пучков и для широкого диапазона акустических частот угол падения остается почти постоянным, в то время как угол дифракции сильно изменяется(Fig.4.).

Поскольку в широком диапазоне частот звуковой волновой вектор перпендикулярен дифрагированному, падающий световой пучок будет отвечать моде с более высоким показателем значением показателя преломления. В отрицательном одноосном кристалле LiNbO₃ падающий свет соответствует обыкновенной моде, а дифрагированный – необыкновенной волне.

АОД возможно построить на кристалле LiNbO₃. Рассчитанное устройство обладает необходимыми характеристиками.