Акустооптические устройства на кристаллах парателлурита
Азаматов З.Т., Икрамов А.М.
Акустооптические приборы предназначены для развертки лазерного излучения в системах: оптической локации; слежения за рельефом местности; считывания информации; точной адресации в устройствах записи и др. Наиболее перспективными устройствами такого рода являются акустооптические модуляторы, дефлекторы и фильтры.
Принцип работы акустооптических устройств основан на явлении дифракции света на периодической структуре, образованной бегущей или стоячей ультразвуковой волной в оптической среде, где образуется объемная фазовая решетка. Возбуждаемая в звукопроводе решетка приводит к дифракции части падающего светового пучка в одном или нескольких направлениях. Угол отклонения дифрагированного света определяется периодом возбуждаемой акустической волны. Изменяя частоту акустической волны можно селективно менять любой рабочий параметр светового излучения: амплитуду, частоту, фазу, поляризацию, направление распространения и тем самым, осуществлять модуляцию этих параметров информации, поступающей на вход устройства. Интерес к акустооптическим устройствам объясняется тем, что они позволяют обрабатывать сигналы со значительной полосой пропускания (более 1 ГГц), высокоэффективны ( более 70% ), обладают достаточным быстродействием ( ≈ 1 мкс ), относительно просты в изготовлении, малогабаритны, имеют низкую стоимость и малую потребляемую мощность.
В качестве источника, создающего в теле звукопроводника ульразвуковые волны, используются кристаллы ниобата лития различной ориентации, которые под действием высокочастотного электрического сигнала вырабатывают акустические волны такой же частоты.
В лаборатории квантовой электроники НИИ ПФ на установке холодной диффузной вакуумной сварки изготавливаются акустооптические ячейки, которые входят в состав любого акустооптического устройства. В качестве звукопроводника используется парателлурит. Выбор в качестве звукопроводника парателлурита для акустооптической ячейки связано с его замечательными свойствами. Оптическое качество парателлурита, наряду с высокой дифракционной эффективностью возбуждаемой в звукопроводе акустической решетки, позволяет использовать такие приборы для внутрирезонаторного управления параметрами импульсных лазеров. С помощью модуляторов, дефлекторов, фильтров и синхронизаторов мод успешно осуществляются: модуляция добротности, перестройка длины волны лазерного излучения и получения коротких импульсов. Применение современной технологии при изготовлении акустооптических приборов позволяют разработать малогабаритные и многоканальные системы.
В наших акустооптических ячейках пластинки ниобата лития нужной толщины и ориентации кристаллографических осей прикреплялись к звукопроводу методом холодной диффузной вакуумной сварки [1-3]. Этот наиболее перспективный среди известных методов соединения пьезопреобразователя со звукопроводом метод основан на самодиффузии атомов вещества одного приграничного слоя в другой [4-5]. В качестве связующего материала используется индий. Индий со своим акустическим импедансом хорошо сочетается с материалами, используемыми в качестве звукопровода и пьезопреобразователя. Однако, чистый индий, хорошо сцепляясь со стеклами и керамическими материалами, имеет тенденцию к агломерации после выпаривания в вакууме. Из-за этого образуется весьма легко изнашивающиеся слои с довольно низкой электропроводимостью. Для предотвращения этого явления индий наносится на предварительно напыленные металлические пленки, с которыми он сплавляется. Подходящим материалом для металлической пленки является серебро, которое дает удовлетворительное согласование импедансов и имеет хорошую электропроводность. акустооптический лазерный излучение ячейка
Нанесение всех связующих слоев на рабочую поверхность пьезопреобразователя и звукопроводника, а также соединение под давлением (диффузионная сварка) поверхностей с нанесенными на них индием проводится в вакууме. Это объясняется тем, что на открытом воздухе на поверхности индия быстро образуется окисная пленка, препятствующая качественной сварке пьезопреобразователя со звукопроводом.
Полученные в нашей лаборатории таким способом акустооптическая ячейка имеет следующие параметры:
Спектральная область, мкм 0,35 ÷ 0,60
Световая апертура, мм 3 х 6
Поляризация излучения линейная
Быстродействие, мкс 20
Дифракционная эффективность, % 70
Угол отклонения, град. 5
Диапазон рабочих частот, МГц 75 ÷ 125
Мощность управления, Вт 0,5
Разработанная нами акустооптическая ячейка, надеемся, получит широкое применение в различных акустооптических устройствах при решении многих научно- технических задач.