Неколлинеарные акустооптические фильтры с широкой угловой апертурой

На основе неколлинеарного акустооптического взаимодействия света и ультразвука в анизотропных средах могут быть созданы фильтры, с помощью которых возможна фильтрация оптических изображений. Такой фильтр должен обеспечивать работу со световыми пучками, имеющими широкую угловую апертуру φ_L. С точки зрения акустооптического взаимодействия это соответствует режимам дифракции, при которых эффективность дифрагированного света мало чувствительна к изменениям угла падения света θ_i.

Условие брэгговского синхронизма при изменении принимает вид:

, (3.5)

где и - изменения векторов падения и дифракции. Из соотношения (3.5) следует векторное равенство , выполнение которого обеспечивает малую чувствительность фильтра к углу падения света.

Векторы и лежат в плоскостях, касательных к поверхностям волновых нормалей, проведенным через концы векторов и . Равенство (3.5) требует параллельности этих плоскостей. Поэтому направления , и должны выбираться так, чтобы лучевые векторы падающего и дифрагированного света были параллельны. При коллинеарной дифракции в одноосном кристалле эти условия выполняются только при распространении света перпендикулярно оптической оси.

Широкоапертурное взаимодействие осуществляется в том случае, если угол α между фронтом ультразвуковой волны и оптической осью не слишком велик.

Полоса пропускания такого фильтра будет зависеть от расходимости падающего света как φ_L ³. Используя эту геометрию взаимодействия, можно создавать акустооптические фильтры с угловой апертурой в десятки градусов.

Схема неколлинеарного акустооптического фильтра на кристалле парателлурита, имеющего широкую угловую апертуру, показана на рис. 3.6. Угол между волновым вектором ультразвука и направлением [110] составлял α = 9,7°. Угол падения был равен θ_i = 20°. Групповые скорости падающего и дифрагированного света в кристалле Те0 ₂ коллинеарны, однако на выходе из кристалла лучи разделяются. Угол пространственного разделения Δ θ = 6°, что позволяет работать без выходного поляризатора. При электрической мощности 0,3 Вт коэффициент пропускания фильтра достигал 95%. Полоса пропускания Δ λ = 40 нм при λ = 633 нм, а угловая апертура фильтра составляла φ_L = 14°, что обеспечивало фильтрацию изображений в диапазоне длин волн света λ = 450…750 нм с разрешением 144 линии на миллиметр по горизонтали и 72 линии - по вертикали. Контраст изображения достигал величины 2000: 1.

Акустооптические фильтры обеспечивают фильтрацию оптического излучения в ИК и УФ диапазонах. В ультрафиолетовом диапазоне перспективно применение кристаллов кварца. В широкоапертурном неколлинеарном фильтре на кварце достигнуты полосы пропускания Δ λ = 2,1 нм при λ = 250 нм.

Дата добавления: 2014-01-15