Новий метод оптимізації геометрії акустооптичної взаємодії в кристалічних матеріалах довільного класу симетрії

Abstract

Запропоновано новий метод, який дає змогу провести оптимізацію геометрії акустооптичної взаємодії в кристалічних матеріалах, які є робочими елементами приладів, що працюють у режимі брегівської дифракції. Метод ґрунтується на аналізі екстремальних поверхонь параметра акустооптичної якості M2, під час побудови яких для будь-якого напрямку падаючої світлової хвилі із всіх можливих напрямків звукової хвилі, що дозволені законом збереження імпульсу, вибирається такий, який відповідає максимальному значенню параметра M2. На прикладі кристалів LiNbO3 проведено відповідні розрахунки та побудовані екстремальні поверхні параметра M2 для ізотропної та анаізотропної дифракції світлової хвилі довжиною 633 нм на трьох можливих акустичних хвилях частотою 500 МГц. Для кожної поверхні знайдено їхні максимальні значення та відповідні кутові параметри взаємодіючих хвиль. Досліджено також екстремальні поверхні для цих кристалів у діапазоні частоти акустичної хвилі від 10 до 2000 МГц та довжини електромагнітної хвилі від 488 до 1064 нм. Показано, що для кристалів LiNbO3 і вказаних умов найбільше значення параметра акустооптичної якості дорівнює 18×10-15 c3/кг при частоті 800 МГц для випадку анізотропної дифракції на повільній квазіпоперечній акустичній хвилі.The new method for optimization of the acoustooptic interaction geometry is proposed for the crystalline materials used in devices functioning in Bragg diffraction regime. The method is based on the analysis of the the extremal surfaces. These surfaces are obtained by optimization procedure consisted in the determination of such an acoustic wave propagation direction that maximizing the acoustoptical figure of merit M2 for each direction of the incident electromagnetic wave. For example the extremal surfaces of M2 are built for LiNbO3 crystals for isotropic and anisotropic difractions of light (633 nm) on three possible acoustic waves with frequncy of 500 MHz. The maximal values of M2 and the corresponding angle parameters of the interacted waves are determined for all extremal surfaces. The extremal surfaces for these crystals are also investigated for acoustic wave frequnces from 10 to 2000 MHz and for electromagnetic wavelengths from 488 to 1064 nm. It is shown that the highest value of the acoustooptical figure of merit is equal to 18×10-15 c3/kg at the frequency of 800 MHz in the case of the anisotropic diffraction on the slow quasi-transversal acoustic wave.