способ двухкоординатного отклонения оптического излучения

Формула изобретения

Способ двухкоординатного отклонения оптического излучения, включающий направление луча света на первый анизотропный акустооптический дефлектор, возбуждение в этом дефлекторе акустической волны, распространяющейся под углом Брэгга к этому лучу, направление дифрагированного луча с выхода первого дефлектора на второй акустооптический дефлектор и возбуждение в нем акустической волны, отличающийся тем, что прошедший луч света с выхода первого дефлектора одновременно с дифрагированным лучом направляют на второй дефлектор, направление распространения акустической волны в котором ортогонально направлению акустической волны в первом дефлекторе и выбрано из условия брэгговского синхронизма для обоих падающих на него лучей, а оба дифрагированных луча с выхода второго дефлектора направляют на третий акустооптический дефлектор и возбуждают в нем акустическую волну, распространяющуюся в плоскости падающих лучей под углом Брэгга к тому из них, проекция которого на плоскость дифракции в первом дефлекторе параллельна исходному лучу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано для отклонения оптического излучения, например, при коммутации каналов в оптических системах связи, при лазерной обработке материалов и т.д.

Известен поляризационно-нечувствительный способ отклонения света в одной плоскости [1], включающий в себя направление светового луча в первый анизотропный акустооптический дефлектор, возбуждение в этом дефлекторе акустической волны под углом Брэгга к световому лучу, поворот направлений поляризации лучей, выходящих из первого дефлектора, на 90°, направление этих лучей во второй анизотропный акустооптический дефлектор, аналогичный первому, и возбуждение во втором дефлекторе акустической волны с теми же частотой, амплитудой, апертурой и направлением распространения, что и у волны в первом дефлекторе. Однако этот способ обеспечивает только однокоординатное сканирование. Двухкоординатное сканирование позволяет (по сравнению с этим способом) значительно увеличить количество коммутируемых каналов в системах связи и ускорить процесс лазерной обработки двумерных поверхностей.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ двухкоординатного отклонения поляризованного света [2], включающий в себя направление исходного луча света на первый анизотропный акустооптический дефлектор, возбуждение в этом дефлекторе акустической волны, распространяющейся под углом Брэгга к падающему лучу, направление дифрагированного луча с выхода первого дефлектора на второй дефлектор и возбуждение во втором дефлекторе акустической волны, распространяющейся в направлении, ортогональном направлению акустической волны в первом дефлекторе, под углом Брэгга к падающему лучу. Недостатком этого способа является его поляризационная чувствительность, то есть необходимость использовать свет строго определенной поляризации, в то время как в ряде задач необходимо управлять неполяризованным излучением.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в разработке поляризационно-нечувствительного способа двухкоординатного отклонения света.

Данная техническая задача решается тем, что в известном способе двухкоординатного отклонения оптического излучения, включающем направление луча света на первый анизотропный акустооптический дефлектор, возбуждение в этом дефлекторе акустической волны, распространяющейся под углом Брэгга к упомянутому лучу, направление дифрагированного луча с выхода первого дефлектора на второй акустооптический дефлектор и возбуждение в нем акустической волны в направлении, ортогональном направлению распространения акустической волны в первом дефлекторе, прошедший луч света с выхода первого дефлектора одновременно с дифрагированным лучом направляют на второй дефлектор, направление распространения акустической волны в нем выбирают из условия брэгговского синхронизма для обоих падающих на второй дефлектор лучей, оба дифрагированных луча с выхода второго дефлектора направляют на третий акустооптический дефлектор и возбуждают в нем акустическую волну, распространяющуюся в плоскости падающих лучей под углом Брэгга к тому из них, проекция которого на плоскость дифракции в первом дефлекторе параллельна исходному лучу.

Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже. Оно содержит три последовательно расположенных акустооптических дефлектора 1, 2 и 3 с пьезопреобразователями 4, 5 и 6. Дефлектор 1 ориентирован под углом Брэгга к направлению исходного луча. На чертеже введена декартова система координат, ось Z которой параллельна направлению распространения исходного луча, а ось Y параллельна плоскости пьезопреобразователя 4. Плоскость пьезопреобразователя 5 ортогональна плоскости пьезопреобразователя 4 и составляет угол Брэгга с осью Y. Плоскость пьезопреобразователя 6 параллельна плоскости пьезопреобразователя 4.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный неполяризованный или произвольно поляризованный луч 7 направляют на дефлектор 1. Анизотропный акустооптический дефлектор отклоняет свет, имеющий строго определенную поляризацию. Исходный луч можно представить как суперпозицию двух лучей ортогональных поляризаций, распространяющихся вдоль оси Z, один из которых имеет необходимую для дифракции в дефлекторе 1 поляризацию, а другой - ортогональную поляризацию. С помощью пьезопреобразователя 4 в дефлекторе 1 возбуждают акустическую волну в плоскости XZ под углом Брэгга к лучу 7. В результате дифракции на этой волне одна поляризационная компонента луча 7 отклоняется в плоскости XZ и меняет свою поляризацию на ортогональную, превращаясь в луч 8. Прошедший луч 9 и дифрагированный луч 8 с выхода дефлектора 1 направляют на дефлектор 2. Эти лучи в силу произошедшей дифракции имеют одинаковую поляризацию, соответствующую дифракции в дефлекторе 2. С помощью пьезопреобразователя 5 в дефлекторе 2 возбуждают акустическую волну в направлении, ортогональном направлению акустической волны в дефлекторе 1, под углами Брэгга к лучам 8 и 9. Эти лучи отклоняются в направлении оси Y и меняют свои поляризации, образуя лучи 10 и 11, которые направляются в дефлектор 3. В дефлекторе 3 с помощью пьезопреобразователя 6 возбуждают акустическую волну, распространяющуюся в плоскости падающих лучей 10 и 11 под углом Брэгга к лучу 10, проекция которого на плоскость дифракции в первом дефлекторе 1 параллельна исходному лучу 7. Луч 10 дифрагирует, отклоняясь в сторону луча 11. Луч 11 проходит дефлектор 3 без дифракции, не изменяя поляризацию. Два луча на выходе дефлектора 3 - дифрагированный 12 и прошедший 13 имеют взаимно ортогональные поляризации, распространяются параллельно, накладываясь один на другой (на чертеже для наглядности их несовпадение преувеличено). Таким образом на выходе формируется луч с той же поляризацией, что и исходный, или неполяризованный, если исходный луч был неполяризованным, направлением которого можно управлять, меняя частоты акустических волн в дефлекторах.

Рассмотрим конкретный пример реализации предлагаемого способа.

Пусть исходное излучение имеет длину волны 1 мкм. Акустооптические дефлекторы 1, 2 и 3 могут быть выполнены, например, из кристаллов ТеО ₂, в которых медленную сдвиговую акустическую волну возбуждают в направлении, лежащем в кристаллографической плоскости

( ) под углом в 6° к направлению [110]. Дефлектор 1 ориентируют так, чтобы его кристаллографическая плоскость ( ) совпала с плоскостью XZ, а волновой вектор акустической волны составлял угол в 2° с осью Z. Дефлектор 2 ориентируют так, чтобы его кристаллографическая плоскость ( ) была ортогональна плоскости XZ и составляла угол 2° с осью Z, а волновой вектор акустической волны составлял угол 2° с плоскостью XZ. Дефлектор 3 ориентируют так, чтобы его кристаллографическая плоскость ( ) составляла угол 4° с плоскостью XZ, а волновой вектор акустической волны составлял угол 2° с плоскостью YZ. Частоты сигналов, подаваемых на пьезопреобразователи, могут быть выбраны в диапазоне 30-50 МГц. При этом диапазоны углов отклонения дефлекторов составят 3-5°.

Способ обеспечивает управляемое отклонение излучения с любой неопределенной во времени поляризацией, а также и неполяризованного излучения с высокой эффективностью при сохранении широкого углового диапазона, характерного для анизотропной дифракции.

Литература

[1] Авторское свидетельство СССР 1329419, G02F 1/33, опубликовано в Б.И. № 26, 1992 г.

[2] Патент Великобритании 1466542, G2F, опубликован 09.03.77.