Коллинеарные акустооптические фильтры

Коллинеарное взаимодействие световой и акустической волны – такое взаимодействие, при котором волновые векторы падающего k_i, дифрагированного света k_d и ультразвука K – параллельны.

Коллинеарное взаимодействие наблюдается в двух случаях:

1. волновые векторы падающего k_i, дифрагированного света k_d направлены в одну сторону, при этом ;

2. дифрагированный свет направлен навстречу падающему, при этом выполняется условие . Этот случай соответствует верхней предельной частоте дифракции.

Коллинеарное взаимодействие наблюдается в анизотропной среде.

Одна из возможных схем коллинеарного взаимодействия для первого случая при наличии сноса акустической волны показана на рис. 3.1. Ось x, вдоль которой происходит изменение амплитуды падающей и дифрагированной световой волны, ортоганальна лучевому вектору S.

Для наблюдения коллинеарного взаимодействия света и ультразвука необходимо, чтобы длина волны падающего света λ была связана с частотой акустической волны f соотношением:

. (3.1)

При выполнении этого условия интенсивность дифрагированной волны I_d принимает вид:

, (3.2)

где , М -акустооптическое качество среды, Р_а -мощность акустической волны, S - площадь поперечного сечения акустического столба, l, b - параметры ячейки. При коллинеарном взаимодействии cos θ = 1. Из соотношения (3.2) следует, что коэффициент пропускания фильтра на длине волны, определяемой условием (3.1), может достигать единицы, если .

При изменении длины волны падающего света λ и постоянной частоте ультразвука f условие фазового синхронизма нарушается. Коэффициент рассинхронизма η (λ), определяется соотношением:

. (3.3)

При коллинеарном взаимодействии случае Δ λ << λ, поэтому вместо (3.3) можно записать приближенное соотношение

,

где Δ п = n_i - n_d.

При наличии рассинхронизма интенсивность дифрагированной волны уменьшается. Условие ее ослабления в два раза по сравнению с максимальной определяет полосу пропускания коллинеарного фильтра, связанную с рассогласованием волновых векторов, обусловленным конечными размерами длины области взаимодействия l.

.

Таким образом, полоса пропускания акустооптического фильтра убывает с увеличением l и разности показателей преломления Δ п. Полученный результат имеет простое физическое объяснение, связанное с тем, что произведение (l Δ п) пропорционально числу длин волн ультразвука, укладывающемуся на длине взаимодействия.

Дата добавления: 2014-01-15