Исследование частотного диапазона работы пьезоэлектрического преобразователя акустооптического фильтра электрическим и оптическим методами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Теоретически и экспериментально исследованы акустооптические характеристики кристалла парателлурита с углом среза α = 10.2°. Кристалл использован в акустооптическом фильтре для обработки оптических изображений в видимом и инфракрасном свете. Экспериментально определен электрический диапазон перестройки фильтра на основе частотной зависимости мощности, поглощаемой пьезоэлектрическим преобразователем фильтра. Сделаны оценки диапазона настройки фильтра по оптическим длинам волн. На длинах волн света λ = 1.15 и λ = 0.63 мкм рассчитаны зависимости брэгговского угла падения от частоты ультразвука. При измерении эффективности дифракции в режиме работы дефлектора обнаружено, что диапазон перестройки фильтра по оптическим длинам волн оказывается отличным от предсказанного в результате измерения электрических характеристик преобразователя и становится уже.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Поликарпова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова; Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: polikarpnv@yandex.ru
Россия, Москва; Москва

В. Э. Пожар

Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук

Email: polikarpnv@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985.
  2. Xu J., Stroud R. Acousto-optic devices: Principles, design and applications. New York: John Wiley, 1992.
  3. Goutzoulis A., Pape D. Design and fabrication of acousto-optic devices. New York: Marcel Dekker, 1994.
  4. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир 1987.
  5. Gupta N. Acousto-Optics, in Optical Engineer’s Desk Reference, ed. W. Wolfe, (Optical Society of America, Washington D.C., 2003).
  6. Chang C. Tunable acousto-optic filters: an overview / Eds Houston J.B. in Acousto-Optics: Device Development/Instrumentation/Applications. Proc. SPIE. 1976. V. 90. P. 12–22.
  7. Voloshinov V.B. Close to collinear acousto-optical interaction in paratellurite // Opt. Eng. 1992. V. 31. № 10. P. 2089–2094.
  8. Пожар В.Э., Пустовойт В.И. Возможности создания новых систем видения на основе акустооптических видеоспектрометров // Радиотех. и электрон. 1996. Т. 41. № 10. С. 1272–1278.
  9. Sapriel J., Charissoux D., Voloshinov V., Molchanov V. Tunable acousto-optic filters and equalizers for WDM applications // J. Lightwave Techn. 2002. V. 20. № 5. P. 892–899.
  10. Gupta N., Voloshinov V. Development and characterization of two-transducer imaging acousto-optic tunable filters with extended tuning range // Appl. Opt. 2007. V. 46. № 7. P. 1081–1088.
  11. Polikarpova N.V., Pozhar V.E. Frequency Range of Operation of the Piezoelectric Transducer of the Acousto-Optic Filter // 2022 Int. Conf. on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT), Astrakhan, Russian Federation. 2022. P. 1–4.
  12. Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. Акустооптическая дифракция в ультразвуковом поле профилированного по ширине преобразователя // Акуст. журн. 2022. Т. 68. С. 270–277.
  13. Котов В.М. Акустооптический расщепитель-вращатель плоскости поляризации двухцветного излучения // Акуст. журн. 2022. Т. 68. С. 14–21.
  14. Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. Акустооптический поляризационно-нечувствительный двухкоординатный дефлектор // Акуст. журн. 2021. Т. 67. С. 138–144.
  15. Антонов С.Н. Широкоугольный поляризационно-независимый акустооптический модулятор лазерного излучения на основе парателлурита // Акуст. журн. 2020. Т. 66. С. 8–15.
  16. Котов В.М. Широкополосная акустооптическая модуляция оптического излучения // Акуст. журн. 2019. Т. 65. С. 471–476.
  17. Проклов В.В., Резвов Ю.Г., Подольский В.А. Теория акустооптической фильтрации излучения в многочастотном акустическом поле в ближней зоне плоского пьезоэлектрического преобразователя // Акуст. журн. 2018. Т. 64. С. 669–675.
  18. Магдич Л.Н., Балакший В.И., Манцевич С.Н. Электронная перестройка частоты акустооптического синхронизатора мод лазера // Акуст. журн. 2017. Т. 63. С. 606–613.
  19. Котов В.М. Акустооптическая брэгговская дифракция в парателлурите на боковых лепестках пространственного спектра излучения акустического преобразователя // Акуст. журн. 2016. Т. 62. С. 525–530.
  20. Котов В.М. Брэгговская дифракция трехцветного излучения в кристалле парателлурита // Акуст. журн. 2015. Т. 61. С. 701–704.
  21. Поликарпова Н.В., Мальнева П.В., Волошинов В.Б. Анизотропия упругих волн в кристалле теллура // Акуст. журн. 2013. Т. 59. С. 332–338.
  22. Дьяконов Е.А., Волошинов В.Б., Поликарпова Н.В. Акустооптическое исследование необычных случаев отражения объемных упругих волн в кристалле парателлурита // Акуст. журн. 2012. Т. 58. С. 121–131.
  23. Волошинов В.Б., Поликарпова Н.В., Можаев В.Г. Близкое к обратному отражение объемных акустических волн при скользящем падении в кристалле парателлурита // Акуст. журн. 2006. Т. 52. С. 297–305.
  24. Suhre D.R., Gottlieb M., Taylor R., Melamed N.T. Spatial resolution of imaging non-collinear acousto-optic filters // Opt. Eng. 1993. V. 43. P. 2118–2121.
  25. Dekemper E., Fussen D., Opstal B. Van, Vanhamel J., Pieroux D., Vanhellemont F., Mateshvili N., Franssens G., Voloshinov V., Janssen C., Elandaloussi H. ALTIUS: a spaceborne AOTF-based UV-VIS-NIR hyperspectral imager for atmospheric remote sensing // Proc. SPIE. 2014. V. 9241. P. 92410L.
  26. Dekemper E., Loodts N., Opstal B. Van, Maes J., Vanhellemont F., Mateshvili N., Franssens G., Pieroux D., Bingen C., Robert C., Devos L., Aballea L., Fussen D. Tunable acousto-optic spectral imager for atmospheric composition measurements in the visible spectral domain // Appl. Opt. 2012. V. 51. P. 6259–6267.
  27. Glenar D.A., Hillman J.J., Saif B., Bergstralh J. Acoustooptic imaging spectropolarimetry for remote sensing // Appl. Opt. 1994. V. 33. P. 7412–7424.
  28. Cheng L.J., Mahone J.C., Reyes G.F., Suiter H.R. Target detection using an AOTF hyperspectral imager / Eds Casasent D.P. and Chao D. in Optical Pattern Recognition V. Proc. SPIE. 1994. V. 2237. P. 251–258.
  29. Voloshinov V.B., Molchanov V.Ya., Mosquera J.C. Spectral and polarization analysis of optical images by means of acousto-optics // Optics and Laser Tech. 1996. V. 28. P. 119–127.
  30. Tang G.C., Chen J.T., Katz A., Celmer E.J., Krumm R.W., Alfano R.R. Ultraviolet visible acousto-optic tunable spectroscopic imager for medical diagnostics // J. Biomed. Opt. 1998. V. 3. P. 80–84.
  31. Voloshinov V.B. Imaging experiments based on application of non-collinear tunable acousto-optic filters / Eds Mericsko R.J. in 27-th AIPR Worksshop: Advances in Computer-Assisted Recognition. Proc. SPIE. 1998. V. 3584. P. 116–127.
  32. Voloshinov V.B., Gupta N. Investigation of magnesium fluoride crystals for imaging acousto-optic tunable filter applications // Appl. Opt. 2006. V. 45. P. 3127–3135.
  33. Gupta N. Acousto-optic tunable filters for Infrared Imaging in Acousto-optics and Photoacoustics / Eds Reibold R. Proc SPIE. 2005. V. 5953. Art. 59530O 1–10.
  34. Mosquera J.C., Voloshinov V.B. Wide-Aperture Acousto-Optic Interaction in Birefringent Crystals // Optics and Spectroscopy. 2006. V. 101. № 4. P. 675–682.
  35. Georgiev G.D., Glenar D.A.,Hillman J.J. Spectral characterization of tunable acousto-optic filters used in imaging spectroscopy // Appl. Opt. 2002. V. 41. P. 209–217.
  36. Gupta N., Voloshinov V. Hyperspectral imager, from ultraviolet to visible, with a KDP acousto-optic tunable filter // Appl. Opt. 2004. V. 43. P. 2752–2759.
  37. Voloshinov V., Gupta N. Ultraviolet-visible imaging acousto-optic tunable filters in KDP // Appl. Opt. 2004. V. 43. P. 3901–3909.
  38. Belikov B., Bouimistryuk G.Ya., Voloshinov V.B., Magdich L.N., Mitkin M.I., Parygin V.N. Acousto-optic filtration of images // Tech. Phys. Lett. 1984. V. 10. P. 1225–1229.
  39. Voloshinov V.B., Yushkov K.B., Linde B. Improvement in performance of TeO2 acousto-optic imaging spectrometer // J. of Optics A: Pure and Appl. Opt. 2007. V. 9. № 4. P. 341–347.
  40. Korpel A., Adler R., Desmares P., Watson W. A television display using acoustic deflection and modulation of coherent light // Proc. IEEE. 1966. V. 54. № 10. P. 1429–1437.
  41. Coquin G.A., Griffin J.P., Anderson L.K. Wide-band acousto-optic deflectors using acoustic beam steering // IEEE Trans. Son. Ultrason. 1970. V. SU–17. № 1. P. 34–40.
  42. Balakshy V., Kupreychik M., Mantsevich S., Molchanov V. Acousto-optic cells with phased-array transducers and their application in systems of optical information processing // Materials. 2021. V. 14. № 2. Art. 451. P. 1–12.
  43. Манцевич С.Н., Балакший В.И. Акустооптическое взаимодействие в неоднородном акустическом поле // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118. № 4. С. 646–652.
  44. Voloshinov V.B. Anisotropic light diffraction on ultrasound in tellurium dioxide single crystal // Ultrasound. 1993. V. 31. P. 333–338.
  45. Gupta N., Voloshinov V.B. Hyperspectral imaging performance of a TeO2 imaging acousto-optic tunable filter in the ultraviolet region // Optics Lett. 2005. V. 30. P. 985–987.
  46. Gupta N. Fiber-couple AOTF Spectrometers / Eds Gannot I. in Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications VI. Proc. SPIE. 2006. V. 6083. Art. 60830U 1–12.
  47. Gupta N., Dahmani R., and Choy S. Acousto-optic tunable filter based visible-to near-infrared spectropolarimetric imager // Opt. Eng. 2002. V. 41. P. 1033–1038.
  48. Gupta N., Suhre D.R., and Gottlieb M. LWIR spectral imager with an 8-cm–1 passband acousto-optic tunable filter // Opt. Eng. 2005. V. 44. Art. 094601 1–7.
  49. Belikov B., Voloshinov V.B., Kasyanov A.B., Parygin V.N. Broadband matching of an Acousto-optical-cell transducer using Youla’s complex normalization theory // Radioelectron. Commun. Sys. 1988. V. 31. P. 28–33.
  50. Chen W.K., Satyanarayana C. General theory of broadband matching // IEEE Proc. 1982. V. 29. P. 96–102.
  51. Zha Q.Z., Chen W.K. Broad-band impedance matching of the RLC generator and load // J. Franklin Inst. 1991. V. 328. P. 317–337.
  52. Vanhamel J., Dekemper E., Voloshinov V., Neefs E., Didier F. Electrical bandwidth testing of an AOTF transducer as a function of the optical diffraction efficiency // J. Opt. Soc. Am. 2019. V. 36. № 8. P. 1361–1366.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) – Общий вид кристалла и ход лучей в ячейке акустооптического фильтра, (б) – векторная диаграмма широкоугольной геометрии АО взаимодействия, используемой для фильтрации изображений

Скачать (126KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кривая настройки фильтра на кристалле парателлурита с углом среза α = 10.2°

Скачать (57KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальные и теоретические зависимости угла падения света необыкновенной поляризованной оптической волны с длиной волны λ = 0.633 мкм (кривая 1) и λ = 1.15 мкм (кривая 2) от частоты ультразвука

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Частотная зависимость поглощенной ВЧ мощности в тракте генератор–пьезопреобразователь (кривая 1), зависимость эффективности дифракции от частоты ультразвука (кривая 2) для длины волны (а) – λ = 1.15 мкм и (б) – λ = 0.633 мкм

Скачать (119KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024