Введение к работе
тчU"~\
гсзрггциії |
Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется разработке лазерных систем записи и воспроизведения информации, отличающихся высокой скоростью и плотностью записи данных. Примерами таких систем являются долговременные голог-рафические запоминающие устройства (ГЗУ) большой емкости, скоростные голографические регистраторы (СГР) цифровых данных и лазерные фотопостроители (ЛФЛ) высокоинформативных изображений.
Для управления параметрами световых пучков в указанных системах необходимы акустооптические дефлекторы (АОД) и акусто-оптические модуляторы (АОМ), которые должны удовлетворять ряду специальных требований.
Так, АОД в составе ГЗУ должен выполнять адресацию светового пучка не менее, чем в 32x32 позиции. При этом необходимо обеспечить высокую дифракционную эффективность АОД > 50 %, отношение сигнал/фон :> 30:1, малый разброс интенсивности световых пучков по позициям ( 4 20 %), и заданные параметры световых пучков в плоскости матрицы голограмм.
В Шй требуются АОД, выполняющие скоростную генерацию фрагментов высокоинформативных изображений. В отличие от ГЗУ, в ЛФП необходимо обеспечить разрешающую способность АОД в пределах от 300 до 2000 позиций.
В СГР необходимы многочастотнье АОМ, выполняющие параллельную амплитудную или фазовую модуляцию множества световых пучков и являющиеся элементами ввода-вывода информации. Причем, в ряде случаев требуются АОМ со встречными акустическими пучками (АОМ ВАЛ), обеспечивающие компенсацию сдвига частоты дифрагированного света. Требуемые характеристики АОМ: количество одновременно генерируемых световых пучков - 32, скорость ввода информации ^ 32 Шит/сек. Кроме того, к таким АОМ предъявляются требования по величине взаимного влияния модулируемых световых пучков (эффекты кросс-модуляции и интермодуляции при дифракции све-і на многочастотном акустическом пучке).
Для применения в указанных системах наиболее перспективны анизотропные АОД и АОМ, в частности, на кристаллах парателлури-та (Те0), использующие аномальную дифракцию света (дифракцию с преобразованием поляризации света). Их преимущество - широкая
полоса акустических частот дифракции света при высокой эффективности дифракции в режиме Брэгга. Однако, известные анизотропные акустооптические ячейки (АОЯ) несимметричного (неаксиального) типа на TeOg рассчитаны только на длину волны Me -Ш лазера (0,63мкм) и, главное,не удовлетворяют комплексу функциональных, системных и других требований сформулированному выше. Это связано с недостаточной изученностью ряда практически важных режимов и уловдй дифракции света на звуке в анкзотропннх cpe> дах. В частности, не изучен режим аномальной дифракции света на множестве акустических волн с рааличнши частотами, не определены оптимальные условия дифракции света на звуке в одноосных оптических активных кристаллах для случая встречных акустических пучков и для случая различных длин волн света, не исследованы условия и способы повышения разрешающей способности АОД.
Поэтов, теыа диссертации, направленная на решение указанных вопросов яшіяется актуальной.
Цель работы - исследование специальных реишмов и условий дифракции света на звуке в анизотропных средах и разработка (на основе полученных результатов) анизотропных АОД и АОМ с новыми возможностями и существенно улучшенными характеристиками для систем записи и воспроизведения информации.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи;
-
теоретически и экспериментально исследовать особенности аномальной дафракции света на множестве акустических волн с разшзш частотами в анизотропной среде и, исходя из полученных результатов, провести расчет и оптимизацию основных параметров многочастотнкх АОМ.
-
разработать инженерную методику расчета на ЭВМ характерных углов и частот аномальной дифракции света на звуке в одноосных оптически активных кристаллах с целью разработки анизотропных АОЯ на ТеС^ для различных длин волн света.
-
предложить и исследовать геометрию взаимодействия света с двумя встречными акустическими пучками, пригодную для использования в АОМ ВАЛ.
-
исследовать аберрации анаморфотных призменных оптических систем высокоразрешакщих АОД и предложить системы с исправленными аберрациями и повышенным коэффициентом анаморфозы.
-
разработать принципы повышения разрешающей способности АОД за счет каскадирования нескольких анизотропных АОЯ.
-
создать образцы анизотропных АОД несимметричного типа на ТеОо для различных длин волн света, анизотропных шогочас-готных АОЫ и АОМ ВАП на TeOg, АОД с повышенным разрешением, удовлетворяющие требованиям ГЗУ, ЛФП и СГР.
Научная новизна. В работе впервые определены зависимости основных характеристик многочастотных анизотропных АОМ - дифракционной эффективности, коэффициента кросс-модулпции, отношений сигнал/интермодуляционный фон 2-го и 3-го порядков от параметров геометрии акустооптического взаимодействия и режима работы АОМ, а также предложены методики уточненного расчета характерных углов и частот аномальной широкополосной дифракции света на акустической волне, выбора и расчета геометрии широкополосного взаимодействия ссета со встречными акустическими волнами в одноосных оптически активных кристаллах, исправления аберраций позиционирования световых пучков в призменных оптических системах АОД. Кроме того, предложены и разработаны новые элементы акустооптических систем: многочастотные анизотропные АОМ и АОМ ВАП на кристаллах ТеО^, анизотропные АОД несимметричного типа на TeOg, оптимизированные на различные длины волн света, каскадные анизотропные АОД с пошпенным разрешением, призменные оптические системы АОД с исправленными аберрациями.
Практическая значимость. Результаты исследований доведены до уровня инженерных методик: а) оптимизации геометрии взаимодействия волн, характеристик и режимов работы многочастотных АОМ, АОМ ВАП и АОД на одноосных оптически активных кристаллах, й'/расчета и проектирования анаморфотных призменных оптических систем АОД с исправленными аберрациями и каскадных оптических систем анизотропных АОД с повышенным разрешением.
На основе полученных результатов созданы и апробированы образцы анизотропных АОД несимметричного типа для различных длин волн света, анизотропных АОМ ВАП и многочастотных АОМ на кристаллах ТеО^, которые удовлетворяет комплексу требований систем записи и воспроизведения информации.
Полученные в работе результаты могут быть использованы также при создании анизотропных АОД и АОМ не только на ТеОо, но и
на других одноосных кристаллах. На защиту взносятся:
1) Результаты теоретического и-экспериментального иссле
дования аномальной дифракции света на ыно&естве акустических
волн с разными «астотаки (позволяют определять для анизотроп
ных АОМ с кногочастотнкы управлением величины дифракционной
эффективности, коэффициента кросс-ыодудяции, отновения сигнал/
интермодуляционный фон и выбирать оптимальные характеристики
н режим работы таких АОМ).
-
Методика инженерного расчета на ЭВМ характерных углов и частот аномальной дифракции света на звуке в одноосных оптически активных кристаллах (по сравнению с известной, предла-гаеыая мэтодика обеспечивает более точные результаты, особенно, для коротких длин еолн света).
-
Предложенная геоиетрия внеосевого акустооптического взаимодействия для А(Ж ВАЛ на одноосных оптически активных кристаллах ( позволяет реализоьать широкополосную дифракцию света на двух встречных акустических пучках с возможностью перестройки средней акустической частоты дифракции света). Аналитические выражения для расчета характерных углов и «астот в АОМ ВАЛ и угла поляризации света.
-
Методика уменьшения аберраций позиционирования световых пучков в анакорфогннх призмегашх оптических системах АОД.
-
Способ повкшеняя разрешающей способности АОД за счет каскадирования анизотропных АОЯ и поляризационных призм.
Внедрение результатов исследований. Результаты работы использованы в ИАиЭ СО АН СССР при разработке новых информационных технологий. Они позволили подтвердить возможность создания ГЗУ (емкость Ю^-Ю12 бит), ЛФЇЇ (разрешение 105хЮ5 элементов) и СГР (скорость затиеи дапных - 64 Мбит/сек). Кроме того, результаты исследований кашли практическое применение на предприятии п/я В-9552 и Куйбышевском филиале Ш АН СССР.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 1-й Всесоюзной конференции по радиооптике (г. Фрунзе, 1981 г.), 5-й Всесоюзной школе по оптической обработке информации ((г. Киев, I9S4 г.), 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы развития радиооптики" (г. Тбилиси, 1935 г.) и 3-й Всесоюзной конференции по вычислительной оптоэлектронике "Проб-
леыы оптической памяти" ( г. Ереван, 1987 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 статей и докладов, получено авторское свидетельство.
Структура и объеы диссортации. Диссертация состоит из предисловия, введения, четырех глав, заключения, списка литерату-рн, и приложений I и 2. Основной текст работы изложен на 153 страницах, рисунки и таблицы занимают 26 страниц, список литературы (104 наименований) - 12 страниц.
