Акустооптическое взаимодействие в плоскости yz
Расчеты показали, что абсолютный максимум акустооптического качества в режиме анизотропной дифракции достигается в теллуре в плоскости YZ, когда медленная сдвиговая волна распространяется вдоль направления θа = 108°. Эта волна поляризована вдоль оси X, ее скорость равна VS = 1.11 • 105 cm/s, а угол сноса а = 34°. Диаграмма рис. 4 показывает распределение величины акустооптического качества при дифракции оптического излучения именно на этой акустической моде. Направление распространения акустической волны отмечено точкой A.
Из расчета следует, что наибольшее значение акустооптического качества M2 = 160 • 10-15s3/g достигается в случае, когда оптическая волна распространяется под углами φ0 = 90° и θ0 = 96°. Таким образом, максимальный коэффициент качества в плоскости YZ теллура выше, чем в плоскости XZ. Поэтому акустооптические устройства следует разрабатывать на основе взаимодействия именно в этой плоскости. Анализ также показал, что акустическая частота синхронизма, соответствующая максимальному акустооптическому качеству в кристалле, при λ = 10.6 μm равна f = 154 MHz. В кристалле вдоль оси Y существует и коллинеарный режим дифракции. Значение коэффициента акустооптического качества при коллинеарном взаимодействии достигает M2 = 100 • 10-15 s3/g, а дифракция наблюдается при частоте ультразвука f = 205 MHz. Значение коэффициента акустооптического качества при коллинеарном взаимодействии велико потому, что угол распространения света θo = 90° всего на несколько градусов отличается от оптимального угла θo = 96°, при котором достигается наибольшее значение M2.
Более подробную информацию о закономерностях акустооптического эффекта в плоскости YZ кристалла дает рис. 5. Сплошная кривая показывает наибольшее значение параметра M2 для различных направлений распространения сдвиговой акустической волны, задаваемых углом θa. Соответствующие значения угла Брэгга показаны на рисунке штриховой линией. Пунктиром на рисунке отображены значения угла сноса акустической волны а в плоскости YZ. Видно, что область высоких значений коэффициента акустооптического качества в теллуре соответствует большим значениям угла Брэгга. При создании акустооптических фильтров необходимо учитывать сильный снос акустической волны в плоскости YZ. Очевидно, что снос акустической энергии может привести к уменьшению длины акустооптического взаимодействия. Это снижает эффективность дифракции и ухудшает спектральное разрешение фильтра.
Рис. 4. Зависимость коэффициента акустооптического качества от направления распространения света в плоскости YZ кристалла при распространении ультразвука под углом θа = 108°.
Рис. 5. Зависимости коэффициента акустооптического качества, угла Брэгга, угла сноса акустической волны от направления распространения ультразвука в плоскости YZ кристалла.
Анализ показывает, что максимально возможное значение коэффициента акустооптического качества теллура в режиме анизотропной дифракции M2 = 160 • 10-15 s3/g уступает значению M2 = 500 • 10-15s3/g, предсказанному в работе12. Это говорит о том, что результаты работы12 справедливы только для режима изотропной дифракции и они не могут быть обобщены на случаи анизотропного акустооптического взаимодействия. Тем не менее, даже в неоптимальном режиме дифракции акустооптическая эффективность кристаллов теллура превосходит параметры известных инфракрасных материалов.