專利名稱：聲光可調(diào)諧濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及源光光束按預(yù)定的源光光束入射角斜向入射至結(jié)晶晶體表面的聲光可調(diào)諧濾波器。
一般說來，可以采用分光器或稱分光光度計在某波長區(qū)域獲得頻譜以分光測定其源光光束的光強(qiáng)度，作為其中的分光器，原來廣泛采用的是菱形分光器或衍射光柵分光器。然而近年來，可實施高速處理并具有良好抗震性的聲光可調(diào)諧濾波器(Acousto-Optic Tunable Filter；簡稱為AOTF)正在迅速普及。一般的聲光可調(diào)諧濾波器，是在由二氧化碲(TeO2)結(jié)晶體等單軸結(jié)晶材料構(gòu)成的結(jié)晶晶體上施加聲波，并用源光光束照射這一結(jié)晶體，從而僅使源光光束中的預(yù)定波長成分在結(jié)晶體內(nèi)衍射，獲得作為單色光束的衍射光束。在這兒，衍射光束的波長是由施加在結(jié)晶體上的聲波頻率確定的，所以隨聲波頻率而變化，如果用光強(qiáng)度檢測計連續(xù)測定衍射光束的光強(qiáng)度，便可以獲得源光光束的頻譜。
這種聲光可調(diào)諧濾波器在近年來的開發(fā)、進(jìn)步的主要階段大體如下。即在1967年，聲波的行進(jìn)方向與光束的行進(jìn)方向相同的共線型(collinear type)聲光可調(diào)諧濾波器初步實現(xiàn)實用化。然而最為實用的有源聲光可調(diào)濾波器，是在I.C.チヤンク(I.C.Chang)發(fā)現(xiàn)了制造聲光可調(diào)諧濾波器用的理想結(jié)晶材料TeO2，提出了聲波行進(jìn)方向與光束行進(jìn)方向相交叉的非共線型(non-collinear type)聲光可調(diào)諧濾波器之后實現(xiàn)的。在這二十年間，公開了有關(guān)新型聲光可調(diào)諧濾波器開發(fā)的數(shù)百份專利和論文，而且在此期間還進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作，引入了一般性的動量匹配條件和相位匹配條件。這些均是以與I.C.チヤンク同期的T.ヤノ和A.ワタナベ的初期理論研究為基礎(chǔ)的。
在初期的理論研究開發(fā)中，聲光可調(diào)諧濾波器的物理模型是完整的模型，其數(shù)學(xué)處理方式依賴于常規(guī)的近似法。在1985年，モ·フキン(Mo Fuqin)提出了有關(guān)平行連線條件的初始的正確數(shù)學(xué)處理方法。在1987年，エパキン(Epikhin)提出了有關(guān)表示聲學(xué)參數(shù)和光學(xué)參數(shù)之間正確關(guān)系的一般數(shù)學(xué)公式組合的建議，這是對聲光可調(diào)諧濾波器的開發(fā)作出最大貢獻(xiàn)的工作之一。在1991年，ガス(Gass)特意將基本聲波向量方位角設(shè)定為-80.23°，從而計算出對該系統(tǒng)最合適的參數(shù)。在1992年，レン·クアン(Ren Quan)全面地模仿ガス的電信信號解析方法，將特意基本聲波向量方位角設(shè)定為105°，并計算出相對于這一特定方位角的一組參數(shù)。
然而隨著近年來聲光可調(diào)諧濾波器的快速普及和開發(fā)，發(fā)現(xiàn)在原有的聲光可調(diào)諧濾波器中還存在有許多需要改進(jìn)的地方，其中之一為下述的問題。
即原有的聲光可調(diào)諧濾波器在源光光束的光強(qiáng)度比較微弱的場合，或在源光光束中的某波長區(qū)域的光強(qiáng)度比較微弱的場合，存在有分光測定的精度不足，從而使得最終獲得的頻譜精度不良的問題。如舉例來說就是，在測定對象物的吸收頻譜而進(jìn)行分光分析的過程中，必須要正確的測定由對象物吸收的波長范圍的光強(qiáng)度，而由于這一波長范圍內(nèi)的光強(qiáng)度因為吸收而相當(dāng)微弱，所以在使用聲光可調(diào)諧濾波器的場合，會產(chǎn)生分光分析的精度不高的問題。
這樣，在將聲光可調(diào)諧濾波器用于對微弱入射光進(jìn)行頻譜分析的系統(tǒng)中時，該聲光可調(diào)諧濾波器的光接收開度角是左右分光分析精度的一個重要參數(shù)。換句話說就是，光接收開度角增大時，結(jié)晶體可以收集到更多的入射光，進(jìn)而可以獲得更高的S/N比。然而根據(jù)前述モ·フキン、エパキン或ガス所給出的建議，近年來的聲光可調(diào)濾波器的結(jié)晶體位置確定方法或成型方法，一般均采用的是完全動量匹配條件或是平行連線條件。而且采用這種平行連線條件設(shè)計的聲光可調(diào)濾波器，其光接收開度角為“最佳值”。本申請的發(fā)明人通過對完全動量匹配條件進(jìn)行的數(shù)學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)光接收開度角可以大體達(dá)到其“最大值”。而且發(fā)現(xiàn)了對于相同的聲波頻率，使尋常衍射光束的波長和異常衍射光束的波長具有大體相等的等效斜向入射角。然而即使是光接收開度角為這種“最佳值”或是“最大值”，對于源光光束的強(qiáng)度微弱的場合，也存在有光接收開度角不足夠大的問題。
而且原有的聲光可調(diào)諧濾波器是按源光光束垂直入射(正入射)到結(jié)晶體表面的方式設(shè)計的，所以在聲光可調(diào)諧濾波器中，產(chǎn)生與結(jié)晶體中的聲波傳播無關(guān)的部分(下面稱其為“非干涉區(qū)域”)，并且存在當(dāng)把用結(jié)晶體內(nèi)的源光光束軸線與結(jié)晶體光軸所成的角度定義的源光光束入射角設(shè)定為比較大值時，這一非干涉區(qū)域也比較大的問題。換句話說就是，對于按使源光光束垂直入射結(jié)晶晶體表面的方式形成(切削)結(jié)晶體形狀的場合，該形狀必須要完全包含聲波傳播區(qū)域，而且要使結(jié)晶體表面與源光光束的光軸相垂直，所以它必然要比聲波傳播區(qū)域的形狀大，從而在該結(jié)晶晶體內(nèi)產(chǎn)生與聲波傳播無關(guān)的非干涉區(qū)域(空閑部分)。
因此，如果按使光接收開度角達(dá)到“最大值”的方式，設(shè)定與入射光方位角等效的斜向入射角，則由于這一等效斜向入射角是一個相當(dāng)大的值(比如說對于TeO2為56°)，所以結(jié)晶體內(nèi)的非干涉區(qū)域所占的比例相當(dāng)大。對于這種場合，如果采用與過去相等量的單軸結(jié)晶材料，則聲波傳播區(qū)域?qū)p小，從而使結(jié)晶體內(nèi)的聲波與光波的干涉長度縮短，產(chǎn)生頻譜分辨率惡化的問題。然而為了可靠地確保聲波與光波的干涉長度，就要增加單軸結(jié)晶材料的使用量，從而存在有使聲光可調(diào)諧濾波器的成本上升的問題。
本發(fā)明就是要解決上述原有的問題，解決如何提供一種即使對于源光光束的光強(qiáng)度或是源光光束中的某波長區(qū)域的光強(qiáng)度比較弱的場合，也可以實施高精度分光測定，而且可以不增加單軸結(jié)晶材料的使用量并能可靠地確保聲波與光波的干涉長度的聲光可調(diào)諧濾波器這一技術(shù)課題。
為了能解決上述的課題，本發(fā)明提供了一種聲光可調(diào)諧濾波器，它是一種設(shè)置有由光透過性的單軸結(jié)晶材料構(gòu)成的結(jié)晶體、以及可在該結(jié)晶體的聲波入射面上施加具有所需頻率的聲波的聲波施加組件；而且由光源照射至上述結(jié)晶體表面并入射至該結(jié)晶體內(nèi)的源光光束，在上述的結(jié)晶體內(nèi)與在該結(jié)晶體內(nèi)傳播的聲波相交叉，從而使該結(jié)晶體內(nèi)的源光光束中的尋常入射光束和異常入射光束中與聲波頻率相對應(yīng)的波長成分分別作為由上述的結(jié)晶體衍射的單色光束中的尋常衍射光束和異常衍射光束由上述的源光光束中分離出來的非共線型聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于照射至上述結(jié)晶體的、具有預(yù)定光接收開度角的源光光束按照使用源光光束的軸線與結(jié)晶體表面的法線所形成的角度定義的源光光束入射角為大于0°、小于90°的預(yù)定角度的方式，斜向入射至上述的結(jié)晶體表面。
在這兒，最好采用諸如二氧化碲(TeO2)等結(jié)晶體作為單軸結(jié)晶材料。
這種聲光可調(diào)諧濾波器的源光光束入射角設(shè)定為大于0°、小于90°的某預(yù)定值，因此源光光束是斜向入射至結(jié)晶體表面的。這樣，對于比如說橫剖面為圓形的圓錐狀源光光束斜向入射到結(jié)晶體表面的場合，即對于源光光束相對于結(jié)晶體表面的法線傾斜入射的場合，在該結(jié)晶體內(nèi)將產(chǎn)生其橫剖面沿預(yù)定方向縮短而呈橢圓形的現(xiàn)象(下面稱為“光束變窄現(xiàn)象”)。這種光束變窄現(xiàn)象是由于上述預(yù)定方向中的折射特性與和它垂直的方向中的折射特性不同所產(chǎn)生的。而且這種光束變窄現(xiàn)象隨著源光光束入射角的增大而更為明顯。光束變窄的程度與源光光束入射角、偏光狀態(tài)和光波波長有關(guān)。由于利用這一光束變窄現(xiàn)象可以增大聲光可調(diào)諧濾波器的結(jié)晶體中的光接收開度角，從而可以增多結(jié)晶體的集光量，所以即使對于源光光束的光強(qiáng)度或源光光束中某波長區(qū)域的光強(qiáng)度比較弱的場合，也可以進(jìn)行高精度分光測定。
而且這種聲光可調(diào)諧濾波器，其源光光束是斜向入射至結(jié)晶體表面的，所以如果適當(dāng)?shù)脑O(shè)定源光光束入射角，就不必設(shè)置原有的聲光可調(diào)諧濾波器中使源光光束垂直入射到結(jié)晶體表面用的非干涉區(qū)域。換句話說就是，結(jié)晶體的形狀可以與聲波傳播區(qū)域(下面稱為“干涉區(qū)域”)的形狀大體相同，所以在該結(jié)晶體中不會產(chǎn)生非干涉區(qū)域，即與聲波傳播無關(guān)的空閑部分。因此可以在不增加單軸結(jié)晶材料使用量的條件下，可靠地確保聲波與光波的干涉長度。即可以提高結(jié)晶體的有效利用率，從而可以獲得一種低成本、高頻譜分辨率的聲光可調(diào)諧濾波器。
在本發(fā)明的上述聲光可調(diào)諧濾波器中，對于用上述結(jié)晶體內(nèi)源光光束的軸線與結(jié)晶體表面的法線所成的角度定義的源光光束入射角，最好是按照使其相對于同一聲波頻率的尋常衍射光束的波長與異常衍射光束的波長為大體相等的等效斜向入射角的方式，來設(shè)定該源光光束入射角。采用這種構(gòu)成方式，對于將入射光方位角設(shè)定為等效斜向入射角的場合，可以增大光接收開度角，從而可以獲得更多的結(jié)晶體集光量，進(jìn)一步提高分光測定的精度。
本申請發(fā)明人通過實驗或解析方式獲知，采用由TeO2結(jié)晶構(gòu)成的結(jié)晶體的聲光可調(diào)諧濾波器的等效斜向入射角為56°左右，并且確認(rèn)這一等效斜向入射角相對于衍射光束波長具有依賴性。換句話說就是，當(dāng)衍射光束的波長在0.5μm～2.5μm的范圍內(nèi)時，該波長越短，等效斜向入射角越大。
而且對于將這一入射光方位角設(shè)定為等效斜向入射角的源光光束入射角的聲光可調(diào)諧濾波器，最好還根據(jù)用結(jié)晶體表面的法線與結(jié)晶體光軸所構(gòu)成的角度定義的結(jié)晶體表面方位角對于等效斜向入射角的衍射光束波長變化的依賴性比較小、而且與等效斜向入射角對應(yīng)的源光光束入射角比較大情況。設(shè)定該預(yù)定的角度，比如說設(shè)定為40°左右。采用這種構(gòu)成方式，對于將入射光方位角設(shè)定為等效斜向入射角的場合，結(jié)晶體表面方位角越小，源光光束入射角越大，從而可以提高光束變窄現(xiàn)象和結(jié)晶體的有效利用率。然而相反的一面是，當(dāng)結(jié)晶晶體表面方位角變小時，等效斜向入射角對衍射光束波長變化的依賴性將增大，這將使得在廣泛的波長區(qū)域內(nèi)難以使尋常衍射光束的波長與異常衍射光束的波長相等。
在另一方面，當(dāng)結(jié)晶體表面方位角比較大時，等效斜向入射角相對于衍射光束的波長變化依賴性比較小，從而使源光光束入射角變小，進(jìn)而降低了光束變窄現(xiàn)象和結(jié)晶體的有效利用率。
這也就是說，當(dāng)結(jié)晶體表面方位角比較小時會產(chǎn)生難以獲得等效斜向入射角的缺點，而當(dāng)結(jié)晶體表面方位角比較大時又會產(chǎn)生光束變窄現(xiàn)象和結(jié)晶體有效利用率下降的缺點。為了能解決違反兩個規(guī)律的問題，最好將結(jié)晶體表面方位角設(shè)定在對于等效斜向入射角的衍射光束波長變化的依賴性比較小、而且源光光束入射角比較大的角度范圍內(nèi)，比如說設(shè)定在40°附近。
對于這種聲光可調(diào)諧濾波器，為了使等效斜向入射角相對于衍射光束的波長變化的依賴性在衍射光束波長增大時變小，最好還采用波長比較長的光束，比如說采用近紅外光束作為上述的源光光束。
而且對于上述聲光可調(diào)諧濾波器，最好還使結(jié)晶體表面與聲波的聲波能量流動方向相平行。對于這種場合，結(jié)晶體的形狀可以與聲波傳播區(qū)域(干涉區(qū)域)的形狀大體相同，所以在該結(jié)晶體內(nèi)將基本上不產(chǎn)生非干涉區(qū)域，即與聲波傳播無關(guān)的空閑部分。因此，可以降低單軸結(jié)晶材料的使用量，并且可靠地確保聲波和光波的干涉長度。
而且對于上述聲光可調(diào)諧濾波器，最好還在結(jié)晶體表面實施提高由結(jié)晶體外部至結(jié)晶體內(nèi)部的光透射率用的涂覆作業(yè)。


圖1為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的聲光可調(diào)諧濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成的示意性模型圖。
圖2表示的是對于剖面為圓形的圓錐狀源光光束斜方向入射至結(jié)晶體表面的場合，在結(jié)晶體內(nèi)源光光束的剖面變窄而形成為橢圓形的狀態(tài)示意圖。
圖3為用極坐標(biāo)表示的聲光可調(diào)諧濾波器的結(jié)晶體內(nèi)的入射光波向量、衍射光波向量、聲波向量之間的關(guān)系。
圖4為表示在源光光束垂直入射至結(jié)晶體表面的情況下，原有的結(jié)晶體形狀、光波和聲波狀態(tài)的示意性模型圖。
圖5為表示在源光光束斜向入射至結(jié)晶體表面的情況下，本發(fā)明的結(jié)晶體的形狀、光波和聲波的狀態(tài)的示意性模型圖。
圖6為表示在結(jié)晶體表面和聲波入射面所成的角度比較大的情況下原有結(jié)晶體中的聲波和光波的干涉狀態(tài)的示意性模型圖，其中源光光束呈垂直入射至結(jié)晶體表面的狀態(tài)。
圖7為表示在結(jié)晶體表面和聲波入射面所成的角度比較小的情況下，本發(fā)明的結(jié)晶體中的聲波和光波的干涉狀態(tài)的示意性模型圖，其中源光光束呈斜向入射至結(jié)晶體表面的狀態(tài)。
圖8為表示對于使用等效入射角的場合，在結(jié)晶體表面和聲波入射面所成的角度比較小的情況下，本發(fā)明的結(jié)晶體中的聲波和光波的干涉狀態(tài)的示意性模型圖，其中源光光束呈斜向入射至結(jié)晶體表面的狀態(tài)。
圖9為表示使結(jié)晶體內(nèi)的源光光束變窄的開度角相對于源光光束入射角的變化特性在以源光光束開度角為參數(shù)表示時的曲線圖。
圖10為表示使結(jié)晶體內(nèi)的源光光束變窄的開度角相對于源光光束入射角的變化特性在以結(jié)晶體表面方位角為參數(shù)表示時的曲線圖。
圖11為表示源光光束折射角相對于源光光束入射角的變化特性在以光波波長和偏光狀態(tài)為參數(shù)表示時的曲線圖。
圖12為表示等效斜向入射角的光波波長相對于結(jié)晶體表面方位角和源光光束入射角的變化特性的示意圖。
圖13為表示對于光波波長或等效斜向入射角的計算方法彼此不同的場合，等效斜向入射角的偏差相對于結(jié)晶體表面方位角的變化特性的示意圖。
附圖中的參考標(biāo)號的含義為1 結(jié)晶體，2 變換器，3 吸收器，4 可調(diào)諧聲波驅(qū)動器，5 控制組件，6 光源。
下面具體的說明本發(fā)明的實施形式。
正如圖1所示，在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的非共線型聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)中，在由二氧化碲(TeO2)結(jié)晶構(gòu)成的結(jié)晶體1(AOTF單元)的聲波入射面(下側(cè)端面)處，安裝(結(jié)合)有將聲波施加(放射)至這一結(jié)晶體1內(nèi)用的變換器2，在位于上述聲波入射面的相對側(cè)位置處的結(jié)晶體端面(上側(cè)端面)處，安裝(結(jié)合)有吸收在結(jié)晶晶體1內(nèi)按箭頭A1所示方向傳播聲波用的吸收器3。而且變換器2由控制組件5實施控制，由可調(diào)諧聲波驅(qū)動器4實施驅(qū)動，并且可以產(chǎn)生具有所需頻率的聲波。
而且由光源6發(fā)射出的寬頻帶白色光源光光束L1(入射光束)，在結(jié)晶體1的表面(左側(cè)表面)處呈斜向入射，這一源光光束L1在透射過結(jié)晶體1內(nèi)時，將分為0次光束L2、尋常衍射光束L3(一次光束)和異常衍射光束L4(負(fù)一次光束)。在這兒，0次光束L2為與源光光束L1的頻譜相類似的寬頻帶白色光束(僅從源光光束L1中除去了尋常衍射光束L3和異常衍射光束L4后構(gòu)成的光束)，而尋常衍射光束L3和異常衍射光束L4分別為由源光光束L1的一次衍射所產(chǎn)生的、波長為λi和λi’的單色光束。
源光光束L1通過在結(jié)晶體1內(nèi)的衍射而分成其波長與聲波頻率相對應(yīng)的兩束衍射光L3和L4是一般的公知技術(shù)，故在這兒省略了對它們的詳細(xì)說明，而且這一衍射是通過下述的過程實現(xiàn)的。換句話說就是，當(dāng)聲波在結(jié)晶晶體1內(nèi)按箭頭A1所示的方向傳播時，由于這一聲波的作用，將使TeO2內(nèi)的晶格產(chǎn)生畸變，而形成一種類似于衍射光柵的作用。源光光束L1中的與聲波頻率相對應(yīng)的波長成分，將以衍射產(chǎn)生的衍射光束L3和L4(單色光束)的形式分離出來，這些衍射光束L3和L4按與0次光束L2不同的方向行進(jìn)。對于這種場合，源光光束L1中的異常入射光束將產(chǎn)生尋常衍射光束L3，尋常入射光束將產(chǎn)生異常衍射光束L4。
下面依據(jù)量子理論說明這一衍射現(xiàn)象。即根據(jù)量子理論，聲波是一種具有與頻率相對應(yīng)的動量或稱能量的聲子(聲量子)，異常入射光束和尋常入射光束分別是具有與其頻率(或稱波長)相對應(yīng)的動量或稱能量的光子(光量子)。在這兒的光子在能量守恒定律或稱動量守恒定律的范圍內(nèi)，可以吸收聲子而形成為新光子，也可以放出聲子而形成其它新光子。因此，在結(jié)晶體1內(nèi)入射尋常光束中的光子按與聲子間碰撞吸收的行進(jìn)方向發(fā)生變化而產(chǎn)生新光子時，這種光子構(gòu)成為異常衍射光束。在另一方面，異常入射光束中的光子按放出聲子的行進(jìn)方向發(fā)生變化而產(chǎn)生新量子時，這種光子構(gòu)成為尋常衍射光束。
因此如上所述，對于原有的聲光可調(diào)諧濾波器，是在比如說當(dāng)聲波頻率變化時，測定尋常衍射光束的光強(qiáng)度，并進(jìn)行源光光束的分光測定(獲得源光光束的頻譜)，所以原有的聲光可調(diào)諧濾波器存在有下述的問題，即對于源光光束的光強(qiáng)度或是源光光束中的某波長范圍內(nèi)的光強(qiáng)度比較弱的場合，將難以實施高精度的分光測定，從而難以可靠的保證聲波與光波的干涉長度，如果要確保這一干涉長度，就需要增加單軸結(jié)晶材料的使用量。
與此相對應(yīng)的是，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的聲光可調(diào)諧濾波器可以象下面所說明的那樣，即使對于源光光束L1的光強(qiáng)度或源光光束L1中的某波長范圍內(nèi)的光強(qiáng)度比較弱的場合，也可以實施高精度的分光測定，從而可以在不增加單軸結(jié)晶材料的使用量的前提下，可靠的保證聲波與光波的干涉長度。下面對這種聲光可調(diào)諧濾波器的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成進(jìn)行說明。
一般說來，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的聲光可調(diào)諧濾波器，如果將源光光束入射角定義為這一源光光束L1的軸線與結(jié)晶體表面的法線間所成的角度，則照射至結(jié)晶體1的源光光束L1的照射角度應(yīng)為在源光光束入射角大于0°并小于90°的范圍內(nèi)的某預(yù)定角度，即源光光束L1斜向入射至上述的結(jié)晶體表面。對于這種場合，如果用橫剖面為圓形的圓錐狀源光光束L1斜向入射至結(jié)晶體1的結(jié)晶晶體表面，則這一橫剖面將在結(jié)晶體1內(nèi)的預(yù)定方向上縮短而形成為橢圓形，從而產(chǎn)生所謂的光束變窄現(xiàn)象。
圖2示出了當(dāng)橫剖面為圓形的圓錐狀源光光束L1斜向入射至結(jié)晶體1的表面時，與紙面相平行方向上的源光光束剖面直徑和與紙面相垂直方向上的源光光束剖面直徑由于彼此不同的折射特性而發(fā)生變化，從而使結(jié)晶體內(nèi)的源光光束L1’的橫剖面呈橢圓形的示意性模型圖。而且在圖2中，θ1為源光光束入射角，即源光光束L1的軸線與結(jié)晶體表面的法線N所成的角，θ2為結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’的軸線與結(jié)晶體表面的法線N所成的角(下面稱為“源光光束折射角”)。θd1和θd2分別為源光光束L1和結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’的束散角或稱束縮角，n1和n2分別為空氣和結(jié)晶體1的折射率。
正如圖2所示，當(dāng)源光光束L1由空氣中入射至結(jié)晶體1內(nèi)時，結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’的實際束散角或稱束縮角比結(jié)晶體1外的源光光束L1的相應(yīng)角度小。而且這種結(jié)晶體內(nèi)的源光光束L1’的剖面開度角與源光光束入射角θ1、該光束的偏光狀態(tài)(是尋常光束還是異常光束)以及光波波長有關(guān)(相關(guān))。在這兒，這一結(jié)晶體內(nèi)源光光束的開度角在源光光束入射角θ1越大時越小(參見圖9)，而且隨著用結(jié)晶體表面的法線與結(jié)晶體光軸所成的角度表示的結(jié)晶體表面方位角θs(參見圖3)的增大而減小(參見圖10)。結(jié)晶體內(nèi)源光光束變窄的程度越大，即結(jié)晶體內(nèi)的源光光束越窄，源光光束L1的實際開度角越大。利用這種光束變窄現(xiàn)象，可以增大聲光可調(diào)諧濾波器中結(jié)晶體的光接收開度角，因此由于結(jié)晶體可以獲得更多的集光量，所以即使對于源光光束的光強(qiáng)度或是源光光束中某波長范圍內(nèi)的光強(qiáng)度比較弱的場合，也可以進(jìn)行高精度的分光測定。
圖3示出了為了用數(shù)學(xué)方式表示這種光束變窄現(xiàn)象用的光線或聲波的向量位置關(guān)系的示意圖。而且在下面引用的參考公式中和附圖中，一般應(yīng)使用粗體的字母K作為在數(shù)學(xué)上通常表示向量用的標(biāo)記，然而在本申請中，由于標(biāo)注印制方面的限制(難以使用粗體字母)，而采用了vector K進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)記。
在圖3中，vector Ki為源光光束L1的光波向量，vector Kio為結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’中的尋常光束的光波向量，vector Kie為結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’中的異常光束的光波向量。而且，θio和θie分別為光波向量vector Kio和光波向量vector Kie相對于結(jié)晶體光軸Z的方位角，θ1為源光光束入射角，θs為結(jié)晶體表面方位角。
對于這種聲光可調(diào)諧濾波器，由于采用了源光光束L1斜向入射至結(jié)晶體1表面的方式，所以如果將源光光束入射角θ1設(shè)定好，便可以不再需要設(shè)置源光光束L1與結(jié)晶體表面垂直入射時用的非干涉區(qū)域，而這對于原有的聲光可調(diào)諧濾波器是需要的。換句話說就是，由于結(jié)晶體1的形狀僅比干涉區(qū)域，即聲波傳播區(qū)域大一點，所以在結(jié)晶體1中基本上不會產(chǎn)生非干涉區(qū)域，即與聲波的傳播無關(guān)的空閑部分。因此可以在不增加單軸結(jié)晶材料使用量的條件下，可靠的確保聲波與光波的干涉長度。即可以提高結(jié)晶體1的有效利用率，從而可以獲得一種低成本、高頻譜分辨率的聲光可調(diào)諧濾波器。
下面對提高這種結(jié)晶體有效利用率的方式進(jìn)行說明。
圖4為源光光束L1垂直入射至結(jié)晶體1表面的原有的聲光可調(diào)諧濾波器的示意性模型圖，圖5為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的源光光束L1斜向入射至結(jié)晶晶體1表面的聲光可調(diào)諧濾波器的示意性模型圖。
正如圖4所示，在一般情況下，當(dāng)聲波入射至結(jié)晶體1的聲波入射面時，將形成作為該聲波相位變化方向的相速度方向Vp和作為聲波能量流動方向的群速度方向Vg，而且兩者的方向是不同的。在這兒結(jié)晶體1的聲波入射面必然與相速度方向Vp相垂直。因此，這種聲光可調(diào)諧濾波器在設(shè)定了相速度方向Vp時，與此相關(guān)的結(jié)晶體1的聲波入射面方位角也被確定了，同時群速度方向Vg也被確定了。
在圖4中，四邊形AECF表示的是結(jié)晶體1的形狀，四邊形ABCD表示的是干涉區(qū)域，即聲波傳播區(qū)域。而且，三角形BEC是為了使源光光束L1垂直入射結(jié)晶體1的表面而設(shè)置的第一非干涉區(qū)域，三角形ADF是為了使結(jié)晶體1的表面和與該表面相對一側(cè)的結(jié)晶體端面相平行而設(shè)置的第二非干涉區(qū)域。
而且在圖4中，vector Ki、vector Kd和vector Ka分別表示入射光波向量、衍射光波向量和聲波向量。
在這種結(jié)晶體1中，當(dāng)聲波的能量流與結(jié)晶體端面相沖突時，即當(dāng)四邊形AECF的邊EC或邊AF與四邊形ABCD相交叉時，將產(chǎn)生該聲波的反射波，這一反射波將使聲光可調(diào)諧濾波器的分光性能下降。因此，在結(jié)晶體1中，必須使四邊形ABCD位于四邊形AECF的內(nèi)部。舉例來說，如果邊EC位于點劃線E’C’所示的位置，則在GC’間將反射聲波，從而使分光性能下降。
因此，對于源光光束L1垂直入射結(jié)晶體表面的原有聲光可調(diào)諧濾波器，結(jié)晶晶體1的形狀需依次按下述的順序確定。
(1)通過計算求出滿足所需衍射條件的入射光波向量方位角θi(相對于結(jié)晶體光軸的方位角)和聲波向量方位角θa(相對于結(jié)晶體光軸的方位角)。
(2)根據(jù)聲波向量方位角θa求出聲波入射面中的AE方向，根據(jù)入射光波向量方位角θi求出結(jié)晶體表面中的EC方向。
(3)求出聲波的相速度方向Vp和群速度方向Vg所成的角度。
(4)計算出聲波和光波的干涉長度為所需值時的聲波寬度(AB的長度)和結(jié)晶體表面的長度(EC長度)，并且求出第一非干涉區(qū)域中的BE長度。按與EC相平行的方式設(shè)定第二非干涉區(qū)域中的AF。這樣便確定了結(jié)晶體1的形狀A(yù)ECF。
在如圖4所示的原有的結(jié)晶體1中，聲波沿群速度方向Vg以AB的寬度傳播。換句話說就是，聲波在四邊形ABCD內(nèi)傳播。因此，四邊形ABCD為與聲波傳播相關(guān)的干涉區(qū)域，由三角形BEC和三角形ADF表示的第一、第二非干涉區(qū)域為與聲波傳播無關(guān)的空閑部分。即在原有的結(jié)晶體1中，空閑部分的比例相當(dāng)大。
在另一方面，在如圖5所示的本發(fā)明的聲光可調(diào)諧濾波器中的結(jié)晶體1中，源光光束L1是斜向入射至結(jié)晶體1表面的，所以并非必然需要非干涉區(qū)域。對于這種場合，由于可以根據(jù)需要隨意設(shè)定源光光束入射角θ1，所以可以調(diào)整這一源光光束入射角θ1以獲得所需要的入射光波向量方位角。具體的說就是，結(jié)晶體1的形狀和源光光束入射角θ1可以按下述的方式確定。
(1)通過計算求出滿足所需衍射條件的入射光波向量方位角θi和聲波向量方位角θa。
(2)根據(jù)聲波向量方位角θa求出聲波入射面中的AB方向。
(3)求出聲波的相速度方向Vp和群速度方向Vg所構(gòu)成的角度。
(4)根據(jù)群速度方向Vg求出結(jié)晶體表面中的BC方向。
(5)計算出聲波和光波的干涉長度為所需值時的聲波寬度(AB的長度)和結(jié)晶體表面的長度(BC長度)。按與BC相平行的方式設(shè)定結(jié)晶體表面和相對側(cè)的結(jié)晶體端面中的AD。這樣便確定了結(jié)晶晶體1的形狀A(yù)ECF。
(6)根據(jù)結(jié)晶晶體1的折射率，計算出結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’為源光光波向量方位角θi時的源光光束入射角θ1。
這樣便確定了結(jié)晶體1的形狀和源光光束入射角θ1。
對于如圖5所示的的本發(fā)明的結(jié)晶體1，聲波是在結(jié)晶體1內(nèi)的(四邊形ABCD內(nèi))的幾乎全部區(qū)域中傳播，所以實質(zhì)上不會產(chǎn)生非干涉區(qū)域，因此空閑部分。這樣便可以不增加單軸結(jié)晶材料的使用量，同時可靠保證聲波和光波的干涉長度。因此可以提高結(jié)晶體1的有效利用率，從而可以獲得一種低成本、且具有高頻譜分辨率的聲光可調(diào)諧濾波器。
對于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的上述聲光可調(diào)諧濾波器，入射光波向量方位角θi(入射光方位角)最好按照使相對于同一聲波頻率的尋常衍射光束和異常衍射光束的波長大體相等的等效斜向入射角設(shè)定其源光光束入射角θ1。通過采用這種方式，對于將源光光波向量方位角θi設(shè)定為等效斜向入射角的場合，由于其光接收開度角比較大，所以可以使結(jié)晶體1的集光量比較多，從而能進(jìn)一步提高分光測定精度。對于由TeO2晶體構(gòu)成的結(jié)晶體1，等效斜向入射角大體為56°。
而且對于這種場合，結(jié)晶晶體表面方位角θs位于對等效斜向入射角的衍射光束波長的變化依賴性比較小，而且與等效斜向入射角相對應(yīng)的源光光束入射角比較大的最佳角度范圍內(nèi)，比如說最好設(shè)定在40°附近。換句話說就是，當(dāng)結(jié)晶體表面方位角θs過小時，將走向源光光束入射角θ1比較大所產(chǎn)生的可以增大光束變窄現(xiàn)象并提高結(jié)晶體有效利用率的反面，使等效斜向入射角對衍射光束波長變化的依賴性比較大，從而在比較大的波長范圍內(nèi)，難以使尋常衍射光束的波長與異常衍射光束的波長相等。在另一方面，當(dāng)結(jié)晶體表面方位角θs過大時，等效斜向入射角對衍射光束波長變化的依賴性比較小，從而會降低因源光光束入射角θ1窄小所產(chǎn)生的光束變窄現(xiàn)象和結(jié)晶體的有效利用率。結(jié)晶體表面方位角θs最好設(shè)定在等效斜向入射角對衍射光束波長變化的依賴性比較小，而且源光光束入射角比較大的角度范圍內(nèi)，比如說最好設(shè)定在40°附近。
因此，對該聲光可調(diào)諧濾波器而言，為了等效斜向入射角對衍射光波長變化的依賴性在衍射光的波長增大時較小，最好采用波長較長的源光，所以近紅外光。
而且對于將入射光波向量方位角θi設(shè)定為等價斜向入射角的場合，由光源6照射至結(jié)晶體1上的源光光束L1分離出的尋常衍射光束L3的波長λi和異常衍射光束L4的波長λi’實質(zhì)上是相同的。因此，波長實質(zhì)上相同的尋常衍射光束L3和異常衍射光束L4構(gòu)成為重合的重疊衍射光束，通過檢測這一重疊衍射光束的光強(qiáng)度，可以在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)，改變利用變換器2施加至結(jié)晶體1上的聲波頻率，而對重疊衍射光束的光強(qiáng)度實施連續(xù)的或離散的測定，通過對源光光束L1的分光測定，即使對于源光光束L1的光強(qiáng)度比較弱的場合，或是對于源光光束L1中的某波長區(qū)域的光強(qiáng)度比較弱的場合，也可以進(jìn)行高精度的分光測定。
下面詳細(xì)說明在根據(jù)本發(fā)明設(shè)計聲光可調(diào)諧濾波器時所用到的數(shù)學(xué)處理方法或稱解析方法，以及使用該方法所進(jìn)行的實際處理或稱所獲得解析結(jié)果。對于利用這種方式設(shè)定了源光光束入射角θ1的聲光可調(diào)諧濾波器，可以利用結(jié)晶體內(nèi)源光光束L1’的變窄現(xiàn)象，獲得比原有的光接收開度角的“最佳值”大數(shù)十個百分點的光接收開度角。
<聲光可調(diào)諧濾波器的狀態(tài)或動作的數(shù)學(xué)表示方式>
首先參考圖3和圖6至圖8，用若干個模型(數(shù)學(xué)公式)表示聲光可調(diào)諧濾波器的狀態(tài)或稱動作方式。圖6示出了源光光束垂直入射結(jié)晶體表面的原有的結(jié)晶體，圖7和圖8示出了源光光束斜向入射結(jié)晶體表面的本發(fā)明的結(jié)晶體。
在這些圖中，有關(guān)尋常光束和異常光束的單軸晶體的光波向量表面(剖面)W1、W2分別由圓形和橢圓形大體示出。Z軸為這一單軸晶體的
晶體光軸。在兩個光波向量表面之間存在有間隙δ。
在這些圖中，vectorKi為作為源光光束入射角θ1的源光光束入射光波向量，vectorKie和vectorKio分別為相對于光軸的方位角為θie和θio的異常入射光波向量和尋常入射光波向量。vectorKde和vectorKdo分別為相對于光軸的方位角為θde和θdo的異常衍射光波向量和尋常衍射光波向量。vector Kaeo和vector Kaoe分別為相對于光軸的方位角為θaeo和θaoe的聲波向量。在這兒，具有聲波向量vector Kaeo特性的聲波，與具有異常入射光波向量vector Kie特性的異常入射光波相互作用，從而產(chǎn)生具有尋常衍射光波向量vector Kdo特性的尋常衍射光波。類似的，具有聲波向量vector Kaoe特性的聲波，與具有尋常入射光波向量vector Kio特性的尋常入射光波相互作用，從而產(chǎn)生具有異常衍射光波向量vector Kde特性的異常衍射光波。
<結(jié)晶體的折射率面>
對于異常光束，折射率面可以用下面的數(shù)學(xué)公式1表示。
數(shù)學(xué)公式1
對于尋常光束，折射率面可以用下面的數(shù)學(xué)公式2表示。數(shù)學(xué)公式2
在公式1和公式2中，下標(biāo)標(biāo)志(ie)表示異常入射光束，下標(biāo)標(biāo)志(io)表示尋常入射光束。而且如圖3所示，θie和θio分別表示對于異常光波向量和尋常光波向量與結(jié)晶體的光軸所構(gòu)成的方位角。折射率ne和no分別可以用的下述的公式3和公式4所示的TeO2的離散公式確定。數(shù)學(xué)公式3
數(shù)學(xué)公式4
而且由前述的ワ-ナ-的研究結(jié)果可知，間隙δ可用下述的公式5表示。
數(shù)學(xué)公式5
<結(jié)晶體內(nèi)的光束變窄現(xiàn)象>
本發(fā)明人根據(jù)正弦定律，對于結(jié)晶體1的表面與源光光束L1相垂直的場合中的結(jié)晶體內(nèi)的光束變窄現(xiàn)象，進(jìn)行了研究。
如前所述，圖2示出了當(dāng)橫剖面為圓形的源光光束L1斜向入射至結(jié)晶體1的表面時，與紙面相平行方向上的光束橫剖面直徑和與紙面相垂直方向上的光束橫剖面直徑由于具有彼此不同的折射特性而發(fā)生變化，從而使結(jié)晶體1內(nèi)的光束橫剖面呈橢圓形的現(xiàn)象。
而且對于圖3所示的各種角度，利用數(shù)學(xué)方式表示相應(yīng)的光束變窄現(xiàn)象時，有關(guān)單色光束各個方位角的關(guān)系，對于與紙面相平行的剖面可用下述的公式6、公式7表示，對于與紙面相垂直的剖面可用下述的公式8、公式9表示。
數(shù)學(xué)公式6
數(shù)學(xué)公式7
數(shù)學(xué)公式8
數(shù)學(xué)公式9
nie(θie，λ)和nio(θio，λ)可分別由公式1和公式2獲得。在這兒，θ1為位于紙面中所示的剖面中的光束L1的入射角，θio和θie分別為在結(jié)晶體1內(nèi)尋常光束和異常光束與結(jié)晶體晶軸所成的角度。類似的，θp1為與紙面相垂直的剖面中的源光光束入射角，θp2o和θp2e分別為在結(jié)晶體1內(nèi)的尋常光束和異常光束與結(jié)晶體晶軸所成的角度。由于與紙面相垂直的剖面中的光束的動作方式對于聲光可調(diào)濾波器的作用并無影響，所以在下面并未對此進(jìn)行說明。
不需獲得公式6～9的解析解，圖9～圖11示出了它們的數(shù)值解。
<計算結(jié)果>
正如圖9和圖11所示，如果結(jié)晶體外側(cè)的源光光束入射角越來越大，則圓錐形源光光束在結(jié)晶晶體內(nèi)的開度角便越來越小。其中，θd1為源光光束L1在空氣中的束散角的一半，θd2o和θd2e分別為結(jié)晶體1內(nèi)的尋常光束和異常光束的束散角。而且如圖10所示，當(dāng)傾斜角特別大時，結(jié)晶體表面方位角幾乎對光束變窄現(xiàn)象沒有影響。由圖11所示可知，對于源光光束L1不是垂直入射結(jié)晶體1表面的場合，尋常光束和異常光束相背離。
(a)對于偏向于與紙面相平行方向的源光光束L1，在布如斯特角處的反射率為0，因此全部作為折射光進(jìn)入至結(jié)晶體中，當(dāng)以比其大的角度入射時，反射率比較高。在另一方面，對于偏向于與紙面相垂直方向的源光光束L1，小不存在有布如斯特角的問題，在增大入射角時，與上述的場合相類似，反射率也增大，而且即使對結(jié)晶體表面實施涂覆，反射損失也相當(dāng)大。因此，由于TeO2結(jié)晶體的布如斯特角為66°(anctan2.27)，所以如果將源光光束入射角設(shè)定為小于60°的值，可以比較好的平衡反射損失和結(jié)晶體內(nèi)源光光束變窄的程度。
因此，通過采用將源光光束入射角θ1設(shè)定為比較大的值，比如說設(shè)定為45°的方式，和垂直入射的場合相比，可以實現(xiàn)直到75％的光束變窄。
(b)如果利用完全動量匹配條件計算聲光可調(diào)諧濾波器的結(jié)晶體1中源光光波向量方位角，則聲波向量方位角可按與入射光波向量方位角相同的方式求出。舉例來說，對于將入射光波向量方位角θi設(shè)定為20°的場合，聲波向量方位角θa為100°。對于將入射光波向量方位角θi設(shè)定為35°的場合，聲波向量方位角θa為105°。而且對于將入射光波向量方位角θi設(shè)定為可以使兩個衍射光束的波長相同的等效斜向入射角的場合，即當(dāng)θi＝56°時，聲波向量方位角θa為108°。
對于結(jié)晶體1的表面與源光光束L1相垂直的場合，通過計算可知在上述的三種情況中，結(jié)晶體表面與聲波入射面(變換器接合面)所成的角度分別100°、110°和128°。對于如圖6所示的原有的結(jié)晶體1，當(dāng)這兩個面所成的角度大于90°時，聲波和光波的干涉長度變短，即為了確保必要的干涉長度，必須使用大尺寸的結(jié)晶體。如果增大干涉長度的長度，可以獲得的比較高頻譜分辨率。在這兒，聲光可調(diào)諧濾波器是采用使源光光束L1斜向入射結(jié)晶體1表面的方式，所以可以增大光接收開度角，同時可以解決上述問題。圖7示出了這種改進(jìn)后的、根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的結(jié)晶體1(AOTF單元)。
<等效條件下的斜向入射>
對于將入射光波向量方位角θi設(shè)定為等效斜向入射角的場合，即θi＝55.98°的場合，為了確定等效斜向入射角的等效特性，需進(jìn)行計算。
圖8示出了這種設(shè)定入射光波向量方位角θi為等效斜向入射角的場合的向量圖。對于這種場合，空氣中的源光光束L1按源光光束入射角θ1入射至結(jié)晶體1的表面，在結(jié)晶體1內(nèi)響應(yīng)該光束的偏光狀態(tài)，分離成尋常光和異常光兩種光束。由圖8中可以看出，結(jié)晶體1內(nèi)的尋常光束和異常光束在垂直入射的場合并不是朝向同一方向的(共線)，這些光波向量在圖中由vector Kio和vector Kie表示。在這兒，對于由vector Kdo＝vector Kaeo＝vector Kio，vectorKio+vector Kaoe＝vector Kde構(gòu)成的兩個向量三角形，實施獲得等效條件用的計算。
可以由下述的公式10～公式13，求出由與異常光束輸入、尋常光束輸出(e輸入、o輸出)以及尋常光束輸入、異常光束輸出(o輸入、e輸出)相平行的連線條件確定的聲波向量方位角θaeo和θaoe，以及聲波頻率faeo和faoe。
數(shù)學(xué)公式10
數(shù)學(xué)公式11faeo(θi,λ)=Vaλ0[nie2(θi,λ)+ndo2(θi,λ)]]>
數(shù)學(xué)公式12
數(shù)學(xué)公式13faoe(θi,λ)=Vaλ0[nio2(θi,λ)+nde2(θi,λ)]]>
在這兒，θi可以用由公式6和公式7計算出來的θio和θie置換。θdo和θde可以由下述的公式14和公式15獲得。
數(shù)學(xué)公式14
數(shù)學(xué)公式15
由此可見，通過使公式10＝公式12，并且使公式11＝公式13的方式，便可以計算出等效斜向入射角。
這種數(shù)值計算相當(dāng)費(fèi)時間，然而計算結(jié)果表明，對于根據(jù)聲波向量方位角計算出的等效斜向入射角，與根據(jù)聲波頻率計算出的等效斜向入射角之間的差，比由θs＝θi＝55.9構(gòu)成的垂直入射的場合大一些，所以存在有等效斜向入射角。在這兒是按數(shù)值計算獲知大概的趨向，再利用選定的數(shù)點實施數(shù)值計算的。
因此，圖12和圖13與前述的圖9～圖11相類似，示出了等效斜向入射角相應(yīng)于結(jié)晶晶體表面方位角θs和光束波長的變化趨向。
由此可獲得的結(jié)果為(a)數(shù)值計算結(jié)果表明，根據(jù)θaoe＝θaeo計算出的等效斜向入射角，與根據(jù)faoe＝faeo計算出的等效斜向入射角之間的偏差非常小。對于這種場合，這一偏差為0.025～0.09°，對于垂直入射的場合，這一偏差為0.048～0.063°。對于波長彼此不同的光束，計算出的等效斜向入射角的偏差與波長有關(guān)，即波長越短偏差越大。對于可見光范圍，這一偏差為4.5°左右，所以不存在與此相對應(yīng)的等效斜向入射角。對于近紅外光區(qū)域，對λ＝2.5μm的等效斜向入射角和對λ＝1.0μm的等效斜向入射角之間的偏差為0.1～0.9。換句話說就是，由于實際光束的圓錐角通常大于1°，所以在近紅外光區(qū)域可以獲得等效斜向入射角。
(b)對于結(jié)晶體表面方位角比較小的場合，比如說θs＝35°的場合，斜向入射角比較大，故和垂直入射(θs＝55.9°)的場合相比，處于獲得65％的變窄了的結(jié)晶體內(nèi)源光光束，或其等效斜向入射角的波長依賴性比可見光區(qū)域大的兩難境地。而且對結(jié)晶體表面方位角比較小的場合，還存在有該結(jié)晶體表面方位角越小，則越靠近布如斯特角的問題。
(c)對于結(jié)晶體表面方位角比較大的場合，比如說θs＝53°的場合，明顯的不具有結(jié)晶體內(nèi)源光光束變窄的應(yīng)有比例、提高結(jié)晶體1的有效利用率，以及變換器2易于安裝等優(yōu)點。
(d)因此，最好將結(jié)晶體表面方位角設(shè)定為位于中間的適當(dāng)值，比如說設(shè)定θs為40°或其附近的相應(yīng)的值。對于這種場合，源光光束入射角可以按下述順序大體推算出來。即由于等效斜向入射角為55.9°左右，由圖3和圖8可知，結(jié)晶體內(nèi)源光光束的源光光束折射角為55.9-θs。在這兒利用圖11所示的曲線可知，與該曲線上的縱軸值為55.9°-40°＝15.9°的點相對應(yīng)的橫軸值為38°。因此，源光光束入射角θ1應(yīng)為38°左右。取這一源光光束入射角38°可以良好的偏離開布如斯特角，并且可以方便的實施降低反射損失用的表面涂覆作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種聲光可調(diào)諧濾波器，它是一種設(shè)置有由透光性單軸結(jié)晶材料構(gòu)成的結(jié)晶體、以及可在該結(jié)晶體的聲波入射面上施加具有所需頻率的聲波的聲波施加組件，而且由光源照射至上述結(jié)晶體表面并入射至該結(jié)晶體內(nèi)的源光光束，在上述結(jié)晶體內(nèi)與在該結(jié)晶體內(nèi)傳播的聲波相交叉，從而使該結(jié)晶體內(nèi)的源光光束中的尋常入射光束和異常入射光束中與聲波頻率相對應(yīng)的波長成分分別作為由上述結(jié)晶體衍射出的單色光束的尋常衍射光束和異常衍射光束由上述的源光光束中分離出來的非共線型聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于照射至上述結(jié)晶體的、具有預(yù)定光接收開度角的源光光束，按照使以該源光光束的軸線與結(jié)晶晶體表面的法線所成的角度定義的源光光束入射角為大于0°、小于90°的預(yù)定角度的方式，斜向入射至上述結(jié)晶體表面。
2.如權(quán)利要求1所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于按照使以上述結(jié)晶晶體內(nèi)源光光束的軸線與結(jié)晶體光軸所成的角度的源光光束入射角為相對同一聲波頻率的尋常衍射光束的波長和異常衍射光束的波長大體相等的等效斜向入射角的方式，設(shè)定上述的源光光束入射角。
3.如權(quán)利要求2所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于按照使等效斜向入射角對衍射光束波長變化的依賴性比較小、而且與等效斜向入射角相應(yīng)的源光光束入射角比較大的方式把同結(jié)晶體表面的法線和結(jié)晶體光軸構(gòu)成的角度定義的結(jié)晶體表面方位角設(shè)定成預(yù)定的角度。
4.如權(quán)利要求3所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于將上述結(jié)晶體表面方位角設(shè)定為40°左右。
5.如權(quán)利要求2～權(quán)利要求4中任何一個權(quán)利要求所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于上述源光光束為近紅外光束。
6.如權(quán)利要求1～權(quán)利要求5中任何一個權(quán)利要求所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于上述單軸結(jié)晶材料為二氧化碲晶體。
7.如權(quán)利要求1～權(quán)利要求6中任何一個權(quán)利要求所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于上述結(jié)晶體表面與聲波的聲波能量流動方向相平行。
8.如權(quán)利要求1～權(quán)利要求7中任何一個權(quán)利要求所述的聲光可調(diào)諧濾波器，其特征在于在上述結(jié)晶體表面涂有提高由結(jié)晶體外部至結(jié)晶體內(nèi)部的光透射率用的涂層。
全文摘要
本發(fā)明是要提供一種即使源光光束的光強(qiáng)度比較弱也可以進(jìn)行高精度的分光測定的、從而可以不增加單軸結(jié)晶材料使用量而可靠的確保聲波和光波的干涉長度的聲光可調(diào)諧濾波器。其解決方案是在非共線型聲光可調(diào)諧濾波器中,使源光光束L
文檔編號G02F1/01GK1189718SQ97120859
公開日1998年8月5日 申請日期1997年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月25日
發(fā)明者徐可欣, 山本博司, 薛彬 申請人:株式會社京都第一科學(xué)