Неколлинеарные акустооптические фильтры

Для фильтрации, как уже отмечалось, можно использовать и неколлинеарную геометрию взаимодействия пучков.

Разрешение неколлинеарных фильтров несколько ниже, полоса пропускания – шире, чем у коллинеарных, но количество материалов, которые могут в них использоваться, значительно больше, а конструкции устройств проще.

Первый неколлинеарный фильтр был изготовлен на кристалле паротеллурита (Те0₂).

Благодаря высокому акустооптическому качеству кристалла Те0₂эффективность фильтра превышает 90% при короткой длине области взаимодействия света и ультразвука l =1 см и управляющей мощности Р_э =0,2 Вт (рис. 3.5). Угол падения света θ_i = 20°. Полоса пропускания света в видимом диапазоне Δλ = 0,8…2,5 нм. Направление распространения ультразвука, который возбуждается секционированным преобразователем, совпадает с направлением [110] в кристалле.

Плоскость взаимодействия в ячейке проходит через оптическую ось кристалла, а акустический пучок распространяется перпендикулярно оси z. Зависимость θ_i от f имеет вид:

.

Длина волны, удовлетворяющая условию Брэгга:

.

Расходимость света и звука приводит к тому, что дифракция наблюдается в интервале световых длин волн:

, (3.4)

где Δ θ_i = φ_S или φ_L (φ_S, φ_L - расходимости ультразвука и света соответственно).

Из выражения (3.4) видно, что полоса пропускания неколлинеарного фильтра растет линейно с увеличением расходимостей пучков и уменьшается с приближением к режиму коллинеарной дифракции. Кроме электрической перестройки неколлинеарный акустооптический фильтр допускает и механическую перестройку при фиксированной f и изменении угла падения света на фильтр. В этом отношении фильтрация с использованием поперечного взаимодействия пучков отличается от фильтрации на основе коллинеарной дифракции, когда механическая перестройка невозможна. Очевидно, что механическая перестройка уступает электрической в точности и быстродействии, но в некоторых случаях и она представляет определенный интерес из-за простоты.

Угол θ_d при поперечной геометрии взаимодействия пучков определяется выражением:

где n_о – показатель преломления обыкновенного и необыкновенного луча вдоль оптической оси, n_e - показатель преломления необыкновенного луча перпендикулярно оптической оси.

Если Δ п << n₀ , то угол расхождения падающего и отклоненного света:

.

Таким образом, при фиксированном угле падения света θ_i угол дифракции θ_d и угол отклонения света Δ θ зависят от акустической и оптической частоты и меняются при перестройке фильтра из-за дисперсии Δ п. Это означает, что фильтр с неколлинеарной геометрией взаимодействия характеризуется небольшим сканированием вышедшего света по отношению к падающему лучу. Оценки показывают, что для фильтра на кристалле ниобата лития уходы отклоненного луча при перестройке в видимом диапазоне достигают 0,2° и возрастают с приближением к краю полосы пропускания материала.