5. Широкоапертурное акустооптическое взаимодействие

Известно, что управление неколлимированным све­том и акустооптическая обработка изображений требует использования широкоугольной геометрии анизотроп­ной дифракции^1-4. Широкоугольный режим харак­теризуется известным соотношением для производной dθ_B/df→∞ функции θ_B (f). Выполнение этого условия накладывает строгие ограничения на выбор углов рас­пространения света в кристалле. Расчеты показывают, что широкоугольное взаимодействие в плоскости YZ теллура может быть обеспечено при повороте плоскости акустооптического взаимодействия относительно векто­ра ультразвука K. Можно также варьировать направле­ние медленной сдвиговой волны в плоскости YZ, т.е. менять угол θ_a. Анализ показал, что величина этого угла должна быть заключена в пределах 73° < θ_a < 107°.

На рис. 6 показано семейство частотных зависимо­стей угла Брэгга, рассчитанных для случая необык­новенной поляризации падающего света и медленной сдвиговой акустической волны, распространяющейся в плоскости YZ кристалла. Параметром для кривых яв­ляется угол θ_а. На графиках можно видеть рабочие области широкоугольного взаимодействия, вблизи точки dθ_B/df→∞. Подбирая срез кристалла, можно сдвигать эти области в широком диапазоне. Однако высокие зна­чения коэффициента акустооптического качества наблю­даются в теллуре лишь при распространении оптических лучей вдали от оптической оси. Эта закономерность обусловлена относительно большим значением коэффи­циента p₄₁ = 0.28 тензора фотоупругости по сравнению с другими коэффициентами, например коэффициентом p₄₄ = 0.14, который также может обеспечить анизотроп­ную дифракцию в кристалле [21].

Таблица 1. Акустические, оптические и акустооптические параметры широкоапертурной геометрии взаимодействия в плоскости YZ теллура

Полярный угол звука θа, deg	Акустооптический угол сноса a, deg	Фазовая скорость звука V, 105 cm/s	Полярный угол света θо, deg	Угол Брэгга θв, deg	Угол дифракции θd, deg	Коэффициент АО качества М2, 10-15 s3/g	Частота ультразвука f, MHz
107	37	1.13	65	48	34.7	130	175
105	40	1.16	51	36	21.1	95	166
103	43	1.19	43	30	15.7	70	154
100	45	1.26	34.1	23.5	11	45	130
98	46	1.30	27	19	9	28	110
95	46	1.37	17	12	5	10	74
93	46	1.42	11	7.1	3	3	47

Значения углов распространения света и звука, удо­влетворяющие условию широкоапертурного взаимодей­ствия в плоскости YZ теллура приведены в таблице. Каждая строка в таблице соответствует режиму ани­зотропной дифракции, приемлемому для применения в фильтрах, обрабатывающих изображения. Таблица включает в себя данные об углах распространения ультразвука Q_a, углах сноса акустической энергии а, коэффициентах акустооптического качества M₂, скоро­сти V и частоте f ультразвука, а также о полярном угле распространения света Q_o, угле Брэгга в_Б и угле дифракции 0_d.

Следует отметить, что представленные в таблице варианты являются широкоапертурными, однако не оп­тимальными с точки зрения величины коэффициен­та акустооптического качества. В целом, выбор того или иного направления распространения ультразвука в фильтре и соответствующих значений угла Брэгга должен осуществляться с учетом требований к вели­чине мощности управляющего сигнала и спектральному разрешению прибора. Однако при выборе геометрии также необходимо принимать во внимание и другие факторы, определяющие рабочие параметры прибора, например, оптическое пропускание образцов, затухание акустической волны и т. д.

Рис. 6. Частотные зависимости угла Брэгга в плоскости YZ кристалла для случая широкоугольной геометрии взаимодей­ствия.