Полная версия

Главная arrow Техника arrow АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ. АЛГОРИТМЫ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Улучшение спектральных и пространственных характеристик излучения

При формировании требований к параметрам лазерных источников излучения, применяемых в составе АОП, а также в подразд. 2.2, было показано, что при ширине спектральной линии излучения, равной всего 0,2 нм, так называемая «спектральная» расходимость светового пучка в пространстве за дефлектором может превысить дифракционную и при AO-взаимодействии приобрести дополнительную асимметрию, что ведет к искажениям аппаратной функции.

Так как выпускаемые в настоящее время лазерные модули широкого потребления обладают шириной спектральной линии значительно большей требуемой (порядка 1 нм), то немалое значение приобретает задача обужения спектра излучения лазера.

Одним из решений задачи спектральной селекции лазерного излучения может стать применение в составе АОП внешнего, по отношению к лазеру, интерференционного спектрального фильтра на основе эталона Фабри-Перо. Рассмотрим этот вариант подробнее.

Существует два основных типа интерферометров (эталонов) Фаб- ри-Перо (ИФП): твердотельные, которые представляют собой плоскопараллельную стеклянную пластинку с нанесенными на ее обеих сторонах высокоотражающими покрытиями, и эталоны с воздушным промежутком, в которых между зеркалами находится воздух, либо иной газ. Данный элемент применительно к АОП желательно помещать в параллельном лазерном пучке, а именно в пространстве между лазерным модулем и дефлектором или даже первой линзой.

Рассмотрим ИФП, образованный плоскопараллельным слоем диэлектрика толщиной d с показателем преломления п, заключенным между двумя идентичными отражающими слоями (рис. 4.28).

Рис. 4.28

На эту конструкцию, в общем случае наклонно под углом 0, падает плоская световая волна с амплитудой Ео- При однократном прохождении элемента амплитуда волны приобретает значение

где t - амплитудный коэффициент пропускания отражающих слоев, v - частота световой волны, с - скорость света в вакууме.

Часть света, дважды отразившись от границ диэлектрического

слоя, выходит из него с амплитудой Е2 = r2t2E0e_^4>, где г — амплитудный коэффициент отражения. Таким образом, суммарную ампли-

2 2

туду прошедшего через ИФ11 света (с учетом замены R = r“ , Т = t - энергетические коэффициенты отражения и пропускания) можно представить в виде

Выражение (4.36) представляет собой бесконечную геометрическую прогрессию, сумма которой, как известно, равна

Так как интенсивность (мощность) излучения находится как I = EE^/(2ZB), где ZB - волновое сопротивление среды, интенсивность излучения на выходе из эталона приобретает вид

где 10 - интенсивность падающего на эталон излучения. Выражение (4.38) позволяет оценить все основные свойства эталона Фабри-Псро.

На рис. 4.29 приведены спектральные характеристики пропускания ИФП - зависимости (l/I0) = f (А,0).

Рис. 4.29

Они построены для случая нормального падения света (0 = 0), n = 1 и d = 100 мкм при различных коэффициентах отражения R.

Видно, что для достижения высокой избирательности (добротности) необходимо в ИФП использовать отражающие слои с высоким R. Кроме того, от R зависит и контраст функции пропускания, т.е. динамический диапазон фильтрации эталона.

Из (4.38) следует, что максимальное значение I имеет место при sin(cp) = 0, а минимальное - при sin(cp) = 1, так что динамический диапазон (ДД) фильтрации будет равняться (в дБ)

На рис. 4.30 показана зависимость D,=f(R).

Рис. 4.30

Из (4.39) можно выразить и коэффициент отражения R, необходимый для достижения заданного ДД:

где D0 - ДД в разах.

Из (4.38) находим частотный разнос между полосами пропускания или в длинах волн:

Ширина линии пропускания также находится из (4.38). Выражения для имеют вид

При достаточно больших R арксинус допустимо приравнять к его аргументу, откуда получаем

Отметим еще одно полезное на практике свойство ИФП. Допустим, произведен расчет эталона на некоторую длину волны (Хо), но из- за погрешностей изготовления длина волны максимума пропускания ИФП отличается от расчетной. Настроиться на нужную Х<) можно поворотом ИФП, при котором происходит плавное перемещение полос пропускания. На рис. 4.31 приведены спектральные характеристики при различных углах поворота ИФП (n = 1; R = 0,8; d = 100 мкм).

На рис. 4.32 показана зависимость длины волны максимума одной из фиксированных полос пропускания ИФП от угла его поворота. При повороте происходит также и изменения параметров ДХ и 5Х, но эти изменения настолько ничтожны, что ими можно пренебречь.

Рис. 4.31

Рис. 4.32

На основе вышеизложенного можно предложить алгоритм расчета ИФБ с исходными данными (числовые результаты приведены для ИФП с воздушным зазором п=1): длина волны лазера 70 = 657 нм, ширина линии излучения лазера 570 = 1 нм, динамический диапазон фильтрации D) = 30 дБ, при этом ширина спектральной линии излучения на выходе из ИФП 87 нс должна превышать 0,2 нм по уровню 0,1.

1. По известным 70 и 67<), учитывая, что расстояние между полосами пропускания нужно брать с запасом по отношению к ширине линии излучения лазера (допустим Д7 = 2-3 870), из выражения (4.41) находим толщину эталона при нормальном его расположении (0 = 0):

2. Из выражения , где С(х) обозначает целую

часть от х, р - номер полосы пропускания (моды), находим уточненное значение толщины: мкм.

3. Из (4.40) находим

4. По формуле (4.42) проверяем

нм - условие 67. < 0,2 нм выполняется.

Что касается пространственных характеристик излучения, то улучшить их, по-видимому, возможно, воздействуя на лазерный пучок оптическими элементами, называемыми пространственными модуляторами света (ПМС).

Одним из вариантов ПМС может служить голографическая пластинка, записанная при участии "идеального" опорного излучения, другим - управляемые ПМС на жидких кристаллах, работающие как в проходящем, так и в отраженном свете. Такие модуляторы бывают двумерными и одномерными, оказывающими воздействие и на амплитуду, и на фазу излучения (см. раздел 2.2.4).

В качестве примера можно привести ПМС фирмы

"Boulder Nonlinear Systems" [78], схема активной области одного из которых (отражательного) приведена на рис. 4.33, а основные параметры - в таблице.

Размеры активной области

19660x19660 мкм

Диапазон длин волн

532-1550 нм

Эффективность

80-95 %

Количество активных элементов

1x12288

Диапазон регулировки фазы

Количество фазовых уровней

50-100

Рис. 4.33

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>