Повна версія

Головна arrow Техніка arrow АКУСТООПТИЧНІ ПРОЦЕСОРИ. АЛГОРИТМИ І ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ПОЛІПШЕННЯ СПЕКТРАЛЬНИХ І ПРОСТОРОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИПРОМІНЮВАННЯ

При формуванні вимог до параметрів лазерних джерел випромінювання, що застосовуються в складі АОП, а також в підрозділ. 2.2, було показано, що при ширині спектральної лінії випромінювання, що дорівнює всього 0,2 нм, так звана «спектральна» расходимость світлового пучка в просторі за дефлектором може перевищити дифракційну і при AO-взаємодії придбати додаткову асиметрію, що веде до спотворень апаратної функції.

Так як випускаються в даний час лазерні модулі широкого вжитку мають шириною спектральної лінії значно більшою необхідної (близько 1 нм), то чимале значення набуває завдання обуженной спектра випромінювання лазера.

Одним з рішень задачі спектральної селекції лазерного випромінювання може стати застосування в складі АОП зовнішнього, по відношенню до лазеру, интерференционного спектрального фільтра на основі еталона Фабрі-Перо. Розглянемо цей варіант докладніше.

Існує два основних типи інтерферометрів (еталонів) Фаб- ри-Перо (ІФП): твердотільні, які представляють собою плоскопараллельную скляну пластинку з нанесеними на її обох сторонах високоотражающімі покриттями, і еталони з повітряним проміжком, в яких між дзеркалами знаходиться повітря, або інший газ . Даний елемент стосовно АОП бажано поміщати в паралельному лазерному пучку, а саме в просторі між лазерним модулем і дефлектором або навіть першої лінзою.

Розглянемо ІФП, утворений плоскопаралельним шаром діелектрика товщиною d з показником заломлення п, укладеним між двома ідентичними відображають шарами (рис. 4.28).

Мал. 4.28

На цю конструкцію, в загальному випадку похило під кутом 0, падає плоска світлова хвиля з амплітудою Ео- При одноразовому проходженні елемента амплітуда хвилі набуває значення

де t - амплітудний коефіцієнт пропускання відображають шарів, v - частота світлової хвилі, з - швидкість світла у вакуумі.

Частина світла, двічі відбившись від кордонів діелектричного

шару, виходить з нього з амплітудою Е 2 = r 2 t 2 E 0 e _ ^ 4> , де г - амплітудний коефіцієнт відбиття. Таким чином, сумарну амплі-

2 + 2

туду пройшов через ІФ11 світла (з урахуванням заміни R = r ", Т = t - енергетичні коефіцієнти віддзеркалення і пропускання) можна представити у вигляді

Вираз (4.36) являє собою нескінченну геометричну прогресію, сума якої, як відомо, дорівнює

Так як інтенсивність (потужність) випромінювання знаходиться як I = EE ^ / (2Z B ), де Z B - хвильовий опір середовища, інтенсивність випромінювання на виході з еталона набуває вигляду

де 1 0 - інтенсивність падаючого на зразок випромінювання. Вираз (4.38) дозволяє оцінити всі основні властивості еталона Фабрі-Псро.

На рис. 4.29 наведені спектральні характеристики пропускання ІФП - залежно (l / I 0 ) = f (А, 0 ).

Мал. 4.29

Вони побудовані для випадку нормального падіння світла (0 = 0), n = 1 і d = 100 мкм при різних коефіцієнтах відображення R.

Видно, що для досягнення високої вибірковості (добротності) необхідно в ІФП використовувати відображають шари з високим R. Крім того, від R залежить і контраст функції пропускання, тобто динамічний діапазон фільтрації еталона.

З (4.38) випливає, що максимальне значення I має місце при sin (cp) = 0, а мінімальне - при sin (cp) = 1, так що динамічний діапазон (ДД) фільтрації буде дорівнювати (в дБ)

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

Мал. 4.30

З (4.39) можна виразити і коефіцієнт відбиття R, необхідний для досягнення заданого ДД:

де D 0 - ДД в разах.

З (4.38) знаходимо частотний рознос між смугами пропускання або в довжинах хвиль:

Ширина лінії пропускання також знаходиться з (4.38). Вирази для мають вигляд

При досить великих R арксинус допустимо прирівняти до його аргументу, звідки отримуємо

Відзначимо ще одну корисну на практиці властивість ІФП. Припустимо, проведений розрахунок еталона на деяку довжину хвилі (Хо), але через похибок виготовлення довжина хвилі максимуму пропускання ІФП відрізняється від розрахункової. Налаштуватися на потрібну Х <) можна поворотом ІФП, при якому відбувається плавне переміщення смуг пропускання. На рис. 4.31 наведені спектральні характеристики при різних кутах повороту ІФП (n = 1; R = 0,8; d = 100 мкм).

На рис. 4.32 показана залежність довжини хвилі максимуму однієї з фіксованих смуг пропускання ІФП від кута його повороту. При повороті відбувається також і зміни параметрів ДХ і 5Х, але ці зміни настільки незначні, що ними можна знехтувати.

Мал. 4.31

Мал. 4.32

На основі вищевикладеного можна запропонувати алгоритм розрахунку ИФБ з вихідними даними (числові результати наведені для ІФП з повітряним зазором п = 1): довжина хвилі лазера 7 0 = 657 нм, ширина лінії випромінювання лазера 57 0 = 1 нм, динамічний діапазон фільтрації D) = 30 дБ, при цьому ширина спектральної лінії випромінювання на виході з ІФП 87 нс повинна перевищувати 0,2 нм за рівнем 0,1.

1. За відомим 7 0 і 67 <), враховуючи, що відстань між смугами пропускання потрібно брати з запасом по відношенню до ширини лінії випромінювання лазера (припустимо Д7 = 2-3 87 0 ), з виразу (4.41) знаходимо товщину еталона при нормальному його розташуванні (0 = 0):

2. З виразу , де С (х) позначає цілу

частина від х, р - номер смуги пропускання (моди), знаходимо уточнене значення товщини: мкм.

3. З (4.40) знаходимо

4. За формулою (4.42) перевіряємо

нм - умова 67. <0,2 нм виконується.

Що стосується просторових характеристик випромінювання, то поліпшити їх, мабуть, можливо, впливаючи на лазерний пучок оптичними елементами, званими просторовими модуляторами світла (ПМС).

Одним з варіантів ПМС може служити голографічна платівка, записана за участю "ідеального" опорного випромінювання, іншим - керовані ПМС на рідких кристалах, що працюють як у прохідному, так і у відбитому світлі. Такі модулятори бувають двовимірними і одновимірними, що надають вплив і на амплітуду, і на фазу випромінювання (див. Розділ 2.2.4).

Як приклад можна привести ПМС фірми

"Boulder Nonlinear Systems" [78], схема активної області одного з яких (відбивної) приведена на рис. 4.33, а основні параметри - в таблиці.

Розміри активної області

19660x19660 мкм

Діапазон довжин хвиль

532-1550 нм

ефективність

80-95%

Кількість активних елементів

1x12288

Діапазон регулювання фази

Кількість фазових рівнів

50-100

Мал. 4.33

 
<<   ЗМІСТ   >>