Введение к работе
Актуальность темы исследования
В настоящее время постоянно увеличивающийся рост информационных потоков стимулирует исследования и разработки по совершенствованию существующих и созданию новых устройств записи, хранения, обработки, передачи и приема информации, имеющих большую емкость и высокое быстродействие. Например, увеличение трафика Интернет привело к фундаментальному сдвигу в требованиях к информационной емкости линий связи и потребовало привлечения полностью фотонной технологии. Там, где возможности электронной техники оказываются недостаточными, весьма перспективными оказываются оптические методы обработки информации, отвечающие за распространение и усиление света, мультиплексирование по длинам волн.
К интересным задачам в этой области относятся возможности аку-стооптики по управлению параметрами электромагнитного излучения. Достоинством акустооптических методов управления оптическим излучением является высокая эффективность и быстродействие, широкие функциональные возможности. В настоящее время большинство акустооптических устройств и приборов лазерной техники используют оптически анизотропные среды - кристаллы с анизотропным брэг-говским рассеянием с поворотом плоскости поляризации дифрагированного света по отношению к падающему. Применение кристаллов с анизотропными оптическими свойствами позволило значительно улучшить параметры акустооптических систем (модуляторы, дефлекторы, анализаторы спектра, коммутаторов каналов). Следует отметить, что подавляющее большинство акустооптических устройств создается на основе анизотропной дифракции в кристаллических средах кварца, ниобата лития, а в последнее время на основе оксида теллура ТеС>2 (парателлурита).
Интерес к изучению влияния акустической анизотропии кристаллов объясняется двумя причинами. Во-первых, многие из применяе-т>шп;~в~акустооптике-кристаллов-обладают-^рко-выраженной а кустиче-ской анизотропией. Анизотропия упругих свойств кристалла практически всегда сказывается при реализации дифракции в экспериментах. Во-вторых, главная причина интереса физиков к акустически анизотропным средам заключается в том, что использование анизотропии обеспечивает реализацию нетрадиционных режимов дифракции, отличающихся от известных селективностью и эффективностью рассеяния. На основе подобных режимов дифракции в ближайшее время могут быть реализованы оптоэлектронные системы и устройства управления параметрами электромагнитного излучения и обработки информации, превосходящие известные как по основным параметрам, так и по функциональным возможностям.
В акустооптических дефлекторах и фильтрах на парателлурите в основном используется анизотропная неколлинеарная дифракция света на медленной сдвиговой акустической волне. Длина области взаимодействия света и звука ограничена шириной звукового столба, которая, в свою очередь, определяется длиной пьезопреобразователя акустооптической ячейки. Селективность и эффективность могут быть значительно повышены при увеличении эффективной длины взаимодействия звукового и оптического пучков. При коллинеарной дифракции эта длина увеличивается без возрастания размеров преобразователя. Однако коллинеарное взаимодействие в парателлурите при дифракции на медленной сдвиговой акустической волне вдоль кристаллографического направления типа [110] отсутствует из-за ограничений, налагаемых симметрией кристалла парателлурита. Тем не менее в работах было высказано предположение о возможности наблюдения в парателлурите квазиколлинеарной дифракции. Ультразвук
в этом случае направляется под небольшим углом к [ПО], а падающий свет - коллинеарно с групповой скоростью звука.
Цель работы
Диссертация посвящена исследованию особого режима акустооп-тического взаимодействия в оптически и акустически анизотропных средах, при котором дифракция световой волны на ультразвуке происходит при коллинеарных групповых скоростях света и звука. Целью работы явилось:
1) Определение условия существования нового типа акустооптиче-
ского взаимодействия, использующего акустическую анизотропию
кристалла парателлурита.
-
Экспериментальная реализация и изучение закономерностей геометрии квазиколлинеарнои дифракции в кристалле ТеОг с большой длиной области взаимодействия света и звука.
-
Изучение селективных свойств квазиколлинеарнои дифракции для определения области возможного применения данного типа дифракции в парателлурите при создании акустооптических устройств.
4) Экспериментальное исследование энергетических характеристик
квазиколлинеарнои дифракции, в том числе и с учетом влияния зату
хания ультразвука в кристалле.
Научная новизна
-
В диссертационной работе впервые исследован новый тип аку-стооптического взаимодействия в парателлурите, при котором использование акустической анизотропии наряду с оптической анизотропией позволяет реализовать режим квазиколлинеарнои дифракции с коллинеарными групповыми скоростями света и звука.
-
Доказано, что режим квазиколлинеарнои дифракции отличается чрезвычайно высокой селективностью брэгговского взаимодействия.
Это объясняется тем, что при увеличении длины области акустооптического (АО) взаимодействия число штрихов наведенной дифракционной—решетки^—пересекаемых—падающим—светом, увеличивается В итоге разрешение при дифракции растет, а спектральная полоса пропускания устройств уменьшается.
3. Показано, что режим квазиколлинеарной дифракции в ТеОг характеризуется высокой эффективностью взаимодействия пучков бла-годаря достаточно большому значению акустооптического качества материала. В отличие от известных режимов дифракции эффективность квазиколлинеарного взаимодействия близка к 100% при небольших управляющих электрических мощностях.
Практическая применимость
-
Рассматриваемый в диссертации режим квазиколлинеарной дифракции в парателлурите может быть использован в перестраиваемых акустооптических фильтрах новых поколений. Эти фильтры характеризуются высоким спектральным разрешением и большой эффективностью взаимодействия при малой управляющей электрической мощности.
-
Указанные свойства реализованы на макете акустооптического фильтра со следующими характеристиками: спектральная полоса пропускания АХ = 2 А, интенсивность дифракции /^~80%, управляющая электрическая мощность Ра ~ 40 мВт. По совокупности характеристик созданный фильтр превосходит известные акустооптические устройства спектральной фильтрации.
3. Исключительно высокие технические параметры созданных
фильтров указывают на перспективность их применения в устройст
вах современной оптоэлектроники. Например, предложенные в работе
фильтры могут применяться в WDM - устройствах спектрального
разделения каналов связи, а также внутри резонаторов твердотельных и полупроводниковых лазеров для электронного управления частотой излучения.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции "Оптическое изображение и регистрирующие среды" /Ленинград, 1990/, на 8-й Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" /Москва, 1990/ , на 15-й Всесоюзной конференции "Акустоэлектро-ника и физическая акустика в твердых телах" /Ленинград, 1991/, на советско-китайском семинаре "Голография и оптическая обработка информации" /Бишкек, 1991/, на международной конференции по оптической обработке информации "Optical Information Processing" /С.-Петербург, 1993/, обсуждались на научных семинарах кафедры физики колебаний физического факультета МГУ и опубликованы в работах, приведенных ниже.
Структура и объем диссертации
