<<
>>

1.7. Влияние OA на характеристики оптических, оптоэлектронных и лазерных устройств на основе кристаллов.

В простейших оптических устройствах - линзах, спектральных, поляризационных и двулучепреломляющих призмах, светоделительных, четвертьволновых и полуволновых пластинках, в защитных окнах инфракрасных устройств, в поляроидах - OA проявляются непосредственно, ухудшая те характеристики, которые и определяют их назначение.

В линзах, геометрическая форма которых может быть близкой к идеальной, OA во внутренних объёмах материала могут давать все известные виды аберраций - сферическую, хроматическую, дисторсию, кому, астигматизм и все их комбинации [103, 104].

При этом аберрации, вызванные OA, всегда накладываются на классические аберрации, присущие линзам, материал которых не содержит заметных оптических аномалий. Поскольку, как правило, линзы, предназначенные для использования в видимом диапазоне, изготавливаются не из кристаллов, а из различных марок стекла и, кроме того, многие OA возникают в них еще при варке стекла, отливке и достаточно грубой шлифовке, сопровождающейся образованием наклепанного слоя, оптические аномалии в линзовом стекле находятся вне пределов основной тематики настоящей работы и подробно не рассматриваются.

Напротив, материалом для наиболее высококачественных инфракрасных линз тепловизионных устройств являются монокристаллы, в частности, монокристаллы германия [51, 52, 105-108], прозрачные в диапазоне длин волн 2,5-20 мкм, а также кремния. Для таких линз, непрозрачных для видимого излучения, разработаны специальные методы [2] выявления оптических неоднородностей, и, в частности, метод ФРЛ (функции размытия линии). На рис. 1.18 представлены результаты исследований методом ФРЛ оптической однородности двух заготовок №1 и №4, вырезанных из кристалла германия. Полуширина индикатрисы контролируемых образцов,

рассчитанной по приведенной методике, составляет менее 0,003 мм (15 секунд в угловой мере). При установке перед объективом исследуемого объекта происходит не сложение, а так называемая свертка ФРЛ объектива с индикатрисой рассеяния заготовки, поэтому полуширина общей ФРЛ меньше, чем сумма полуширин отдельных функций. По результатам измерений для пространственных частот до 20 линий/мм получен коэффициент потери качества, который составлял 0,03. Такая оценка показывает, что контролируемые заготовки (№1 и №4) относятся к наилучшей категории качества по оптической однородности и индикатрисе рассеяния в спектральной области 8-12 мкм в соответствии с требованиями к германию, используемому для изготовления оптических деталей.

Рис. 1.18. Функции рассеяния линии и индикатриса рассеяния для эталонного

объектива НПЗ 5 с образцами германия № 1 и № 4

Для кристаллических деталей более сложных устройств оптики и фотоники проблемы устранения или предельной минимизации OA являются ещё более актуальными, поскольку идеальность физических взаимодействий, используемых в них, зависит от нескольких, в том числе, не оптических

факторов: однородности акустических, тепловых, магнитооптических, электрооптических и лазерных генерационных свойств.

В ЭО (электрооптических), АО (акустооптических) и MO (магнитооптических) устройствах на основе кристаллов - лазерных затворах и модуляторах - оптические аномалии снижают коэффициент пропускания излучения, уменьшают глубину модуляции [109].

В акустооптических дефлекторах OA уменьшают эффективность дифракции и число разрешаемых в пространстве позиций лазерного луча, уменьшают его интенсивность за счёт рассеяния и поглощения во внутренних объемах СЗП (светозвукопровода), снижают дальность действия устройств [И, 22, 26, 46, 110, 111].

В акустооптических процессорах OA уменьшают чувствительность устройств по радиочастоте, чем снижают эффективность обработки и анализа слабых радиосигналов на фоне помех.

В акустооптических электронно-перестраиваемых фильтрах OA приводят к уменьшению спектрального разрешения, к искажениям фильтруемых изображений, к снижению быстродействия этих устройств. В особенности недопустимы заметные OA в фильтрах, предназначенных для спектрометров астрофизического назначения, угловое разрешение которых вследствие ничтожно малых размеров турбулентных дисков исследуемых объектов должно быть не менее 1 угловой секунды, что сопоставимо C искажениями, даваемыми кристаллами с наивысшей оптической однородностью [И, 33].

В АОДЛ (акустооптических дисперсионных линиях задержки), предназначенных для сжатия и корреляции чирпированных импульсов фемтосекундных лазеров на титан-сапфире, OA также приводят к нескольким отрицательным эффектам. Во-первых, они снижают время обработки импульса, от которого зависит качество сжатия и корреляции лазерных импульсов. Во-вторых, вследствие нелинейного эффекта самофокусировки, в объёмах с OA наиболее вероятно превышение порога

лазерного разрушения кристалла, и возможен лазерный пробой. На рис. 1.19 показан элемент АОДЛ на основе монокристалла парателлурита со следом (треком), образовавшимся при пробое и идущим от входной грани через весь материал до выходной грани устройства при испытаниях фемтосекундной лазерной системы. Снижение лазерной стойкости оптических материалов, связанное со структурными дефектами и обусловленными ими оптическими аномалиями, разумеется, является крайне нежелательным эффектом и для всех других типов лазерных устройств, работающих при высоких плотностях мощности излучения [12, 14, 21, 27, 112].

Рис. 1.19. Элемент АОДЛ из кристалла парателлурита с треком, образовавшимся вследствие пробоя материала при воздействии импульсов фемтосекундного лазера с центральной длиной волны излучения 800 нм

Таким образом, все типы дефектов структуры кристаллов определяют почти все типы OA и в той или иной степени ухудшают основные характеристики приборов классической оптики и современных устройств оптоэлектроники и фотоники, что делает актуальными исследования

оптических аномалий, причин их образования в кристаллах, а также поиск способов их минимизации.

В заключение обзора данных об оптических аномалиях в кристаллах, о их связи с дефектами структуры кристаллов, а также о методах их обнаружения и численной оценки следует отметить, что многие дефекты структуры влияют на физические свойства материала, редко рассматриваемые с точки зрения оптики. Одним из таких свойств является температуропроводность. В настоящей работе впервые, в целях неразрушающего выявления как дефектов структуры кристаллов, так и OA, использован тепловизионный метод [113-116]. Он основан на обнаружении с помощью тепловизионных цифровых камер в инфракрасном спектральном диапазоне неоднородностей температурного поля в равномерно нагреваемых кристаллах. Эти неоднородности отражают локализацию наиболее структурно-дефектных объёмов кристаллов, являющихся одновременно и наименее совершенными с точки зрения оптики.

<< | >>
Источник: Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019. 2019

Еще по теме 1.7. Влияние OA на характеристики оптических, оптоэлектронных и лазерных устройств на основе кристаллов.:

  1. Влияние рельефа поверхностей на оптические характеристики элементов из монокристаллов.
  2. 3.4.4 ИК-дефектоскопия и лазерная коноскопия светозвукопроводов включенных акустооптических устройств
  3. 1.1. Классификация оптических аномалий в кристаллах.
  4. Зависимость пропускания, поглощения и рассеяния света от объемных дефектов структуры и оптической однородности кристаллов.
  5. Глава I. ОПТИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ В КРИСТАЛЛАХ.
  6. Связь между дефектами структуры и оптическими неоднородностями в кристаллах.
  7. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019, 2019
  8. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2019, 2019
  9. Механизмы образования OA в кристаллах.
  10. 1.2 Различные виды модифицирующих добавок и их влияние
  11. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  12. 2.2 Технология получения КМ на основе алюминия (Al-3масс.%Ni- 1масс.%Cu)
  13. II ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ИНТЕРПОЛЯЦИИ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ФОРМЫ
  14. ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ФИНАНСОВ
  15. 2.2 Фотонная модель прохождения света через кристалл с произвольным распределением рассеивающих OA.
  16. Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭМПИРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛИЧНОСТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ В СОСТАВЕ СОДЕРЖАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
  17. ТРЕУГОЛЬНАЯ ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ПЛИТ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОДХОДА К КУСОЧНОМУ ТЕСТИРОВАНИЮ В МЕТОДЕ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
  18. Известные оптические аномалии в монокристаллах германия и парателлурита.