Способ отклонения светового пучка

Способ отклонения светового пучка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

363873

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 04Л11.1970 (№ 1411956,, 26-25) Л!. Кл. С 011 3/06 с,присоединением заявки №вЂ”

Комитет по делам изобретеиий и открытий

llpH Совете Мииистров

СССР

Приор нтет—

Опубликовано 25.Xll.1972. Бюллетень ¹ 4 за 1973

УДК 535.322.2(088.8) Дата опубликования описания 27.II.1973

И

В. И. Балакший и В. Н. Парыгин .*

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Авторы изобретения

Заявитель

СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА

Изобретение может быть использовано в вычислительной технике, оптических системах обработки информации, лазерном телевидении, лабораторно - измерительной технике н т.д.

Для отклонения светового пучка по известному способу путем фокусировки или уменьшения апертуры создают расходимость либо ультразвукового пучка, либо падающего на дефлектор светового пучка. При этом условие существования брэгговской дифракции выполняется .во всем диапазоне изменения частоты ультразвука, так как на каждой частоте во всем диапазоне сканирования в расходящихся пучках имеются такие световые акустические,волны, для которых угол падения равен углу Брэгга для данной частоты.

Однако при отклонении светового пучка по этому способу плохо используются световая и акустическая мощности, поскольку на каждой фиксированной частоте ультразвука в дифракцин участвуют только те волны, для которых угол падения равен углу Брэгга для данной частоты, остальная же часть пучка остается бесполезной. Чем выше требуемая раз решающая способность дефлектора, тем большую расходимость пучков необходимо создать для ее получения и тем меньшая часть мощности пучков участвует в дифракции на каждой частоте. Поэтому прн большом разрешении такие дефлекторы не эффективны.

Цель изобретения — сокращение световых потерь, увеличение разрешающей способности дефлекторов, уменьшение потребляемой мощности.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу с помощью внешнего воздействия, синхронного с изменением частоты ультразвуковой волны, изменяют показатели преломления апизотропной среды, в которой осуществляется анизотропная брэгго|вская диф ракцня света, так, что условие существования брэгговской дифракции выполняется для каждой частоты ультразвука во всем, диапазоне сканирования. Необходимое изменение показателей преломления можно получить с помощью различны.; эффектов: электрооптпческого, фотоупругого, магнитооптического.

Таким образом, изменение показателей преломления играет ту же роль, что н расходимость пучков при отклонении по известному способу. Преимущество предлагаемого способа заключается з том, что он позволяет и .пользовать световые и ультразвуковые пучки с большой апертурой (малой расходимостью).

Этим достигается существенное уменьшенне потерь света и одновременно значительно увеличивается разрешающая способность. Так как интенсивность дифрагированного светового

363873 (2) пучка пропорциональна акустической мощности и ширине ультраавукового пучка вдоль направления распространения света, то использование ультразвукового пучка с большой апертурой позволяет значительно снизить акустическую мощность, необходимую для отклонения в дифракционный порядок всего падающего на дефлектор светового излучения.

На фиг. 1 изображены векторные диаграммы для случая сканирования световых пучков по известному способу на угол î- при наличии расходимости падающего светового пучка с углом расходимости to; на фиг. 2 — векторные диаграммы для предлагаемого способа отклонения; на фиг. 3 — один из возможных вариантов схемы прохождения световых пучков при отклонении по предлагаемому способу.

Если К; и й, — волновые вектора соответственно падающей и дифрагированной плоских световых, волн, а k — волновой вектор плоской ультразвуковой волны, то брэгговская дифракция авета наблюдается только при условии

k„=k; + k. (1)

Когда брэгговская дифракция света происходит в оптически анизотропной среде, длина вектора Й; отличается от длины вектора А, если показатель преломления и; для падающей световой волны не р авен показателю преломления и, для дифрагированной волны. Последнее выполняется в том случае, если дифракция сопровождается изменением поляризации света. Векторная диаграмма, соответствующая условию (1), представляет собой треугольник. Его конфигурация полностью определяется длинами:векторов k;, k,и k. Следовательно, угол падения В, светового пучка

2 — ; — угол между векторами /г, и /г однозначно определяется частотой ультразвуковой волны и параметрами среды: м„Е k + йР— 122 Kof Х

2k; k 2e;v где p — длина волны света в вакууме, f — частота, о — скорость ультразвука.

Формула (2) определяет угол Брэгга. Каждой частоте соответствует своя векторная диаграмма. Однако если показатели преломления среды не меняются, то для любой частоты концы векторов k, лежат на окружности 1 |радиуса k; (фиг. 1, 2), а концы векторов ka — на окружности 2 радиуса ka (для простоты рассматривается случай, когда световые и акустические волны распространяются в плоскости, перпендикулярной к оптической оси одноосното кристалла).

При использовании анизотропной брэгговской дифракции света сканирование светового

65 пучка оказывается наиболее эффективным, если падающий световой пучок поляризован так, что выполняется условие ns)nÄ tt если диапазон частот ультразьука выбирают вблизи чаv стоты fo= — — ko, для которой векторная диаг2т р а м м а и редставл я ет со бой и ря м оу гол ьн ы и треугольник.

Изменение частоты ультразвуковой, волны приводит к изменению угла Брэгга, а так как угол ладения светового пучка фиксирован, то это означает нарушение условия существования брэгговской дифракции (1). Чтобы это не происходило, синхронно с изменением частоты изменяют показатели преломления среды таким образом, чтобы угол Брэгга оставался постоянным.

Пусть в начальном положении векторная диаграмма представляет собой прямоугольный треугольник (угол дифракции „=0). Если показатель преломления и„ возрастет так, что окружность 2 занимает положение 8, то при соогветствующем изменении частоты ультразвука на t f= -- k (4f определяется величи2тс ной изменения показателя преломления) угол дифракции возрастает па величину tS,. Таким образом, при синхронном изменении показателя преломления и, и частоты ультразвука f дифрагированный световой пучок сканируепо у.глу.

П р и мер реализации предлагаемого способа сканирования с помощью электрооптического эффекта. В этом случае среда, в которой происходит дифракция, должна обладать хорошими электрооптическими свойствами.

Сканирование дифрагированного пучка осуществляется при синхронном изменении частоты ультразвуковой волны и напряженности электрического поля, созданного в электрооптической среде. Разрешающая способность такого дефлектора определяется амплитудой изменения напряженности электрического поля и аберрациями оптической системы и может достигать 104 разрешимых элементов.

Необходимость использования в дефлекторе кристаллов с достаточно большим электрооптическим эффектом не приводит к серьезным затруднениям, так как многие кристаллы, отличающиеся хорошими оптико-акустическими свойствами, одновременно обладают большим электрооптическим эффектом, например, ниобат лития LiNbOq, танталат лития LITaOp, а-йодистая кислота HIO3.

При осуществлении одного из возможных вариантов дефлектора;на основе ниобата лития (фиг. 3) удобным .срезом является срез по,кри сталлогра фическии осям ху, когда акустическая волна частоты f, возбуждаемая пьезс преоб разователем 4, распространяется вдоль оси х, электрическое напряжение U прикладывается к электродам 5, нанесенным на грани, перпендикулярные к оси у, а световой пучок о, поляри зован ный inapaллельно

363873

Фиг 1

Составитель В. Зверев

Редактор И. Орлова

Техред Л. Богданова

Корректор Е. Зимина

Фиг. З

5 оси у, падает на кристалл 7 ниобата лития под углом ; к оси z в плоскости xz. Дифрагированный световой пучок 8 имеет поляризацию, перпендикуля рн ую оси у. Расчет показы вает, что при изменении частоты ультраавука на|пряженность электрического поля должна меняться по квадратичному за кону. Задавая максимальную величину напряженности электрического поля, можно Определить диапазон изменения частоты ультразвука и разрешающую способность дефлектора. Например, для Biil IIJIHòóäû изменения напряженности электрического поля, равной 10 в/см, и поперечной акустической,волне частота изменяется в диапазоне 0 — 650 Мгц. При этом дифратированиый световой пучок, сканирует на угол 55 мрад, что при апертуре светового пучка 5 см соответствует 104 разрешимых элементов. С практической точки зрения удобнее выбрать такой срез кристалла, чтобы акустическая волна распространялась в направлении, образующем небольшой угол а с осью х в плоскости xz. В этом случае диапазон из менения частоты, не меняясь, перемещается в более высокочастотную область. Например, при а=10 этот диапазон составляет 470—

1120 Мги. При акустичеокой мощности порядка 1 вт такой дефлектор может отклонить в дифракционный максимум практически весь падающий на дефлектор световой ггучок, тог5 да как аналогичный дефлектор, использующий для сканирования расходимость падающего светового пучка, в принципе (при любой акустической мощности) не может при том же разрешении обеспечить отклонение в дифрак10 ционный максимуM более 0,1% интенсивности падающего светового пуч ка.

Предмет изобретения

Способ отклонения светового пучка путем воздействия на световой пучок ультразвуковой волной н изменения частоты этой волны, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности дифрагираванного светового пучка и снижения потребляемой мощности, синхронно с изменен|ием частоты ультразвуковой волны изменяют величину показателей преломления анизотропной среды, в которой осуществляется дифракция, поддерживая угол

Брэпга постоянным во всем диапазоне окани25 рования светового пучка.

Заказ 20 277 Изд. ¹ 1047

Тираж 404 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 5К-35, Ратшская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент>