Бакеев Дмитрий Александрович, аспирант кафедры математики и физики
ул. Ленина, д. 42, г. Липецк, 398020
Dmitry A. Bakeev, Post-Graduate Student of the Department of Mathematics and Physics
42 Lenina Str., Lipetsk 398020
Филиппов Владимир Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры математики и физики; профессор кафедры естественных и технических наук
ул. Ленина, д. 42, г. Липецк, 398020
ул. Краснознаменная, влд. 4, г. Липецк 398006
Vladimir V. Filippov, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Professor of the Department Mathematics and Physics; Professor of the Department of Natural and Technical Sciences
42 Lenina Str., Lipetsk 398020
4 Krasnoznamennaya Str., Lipetsk 398006
Цель работы. Разработка и апробация теоретической модели акустооптического квазиколлинеарного перестраиваемого фильтра на кристаллическом кварце, работающего в спектральном диапазоне 0,25– 0,4 мкм со спектральным разрешением 0,2 нм.
Методы. В работе анализируются основные свойства акустооптических перестраиваемых фильтров на базе кристаллов различных классов. На основе литературного анализа и проведенных расчетов предложена и практически реализована опытная модель АОПФ. Изучение физических свойств фильтрации света на кристалле α-SiO2 осуществлялось экспериментальным методом. Практические исследования спектральной перестройки устройства по экспериментальным оптическим частотам были проведены в предлагаемой ультразвуковой системе стоячей волны в соответствии с перестроечной характеристикой. На основе известных экспериментальных данных предложена теоретическая модель описания полосы пропускания с учетом пьезоэлектрических эффектов.
Результаты. Показано влияние анизотропии кристаллов на их акустоэлектрические свойства. Определены оптимальные кристаллографические параметры работы фильтров на кристалле оксида кремния. Разработана компьютерная модель АОПФ, реализованная на базе численных расчетов в среде Wolfram Mathematica. Экспериментально выявлено, что в красной части исследуемого спектра наблюдается максимальная интенсивность частот дифрагированного света, что соответствует наиболее близким к собственным частотам пьезопреобразователя, одновременно в синем и фиолетовом спектрах, было замечено наименьшее пропускание. Практическими исследованиями подтверждено, что уширения полос пропускание фильтра происходит вследствие увеличения расходимости света.
Выводы. Обоснована и разработана математическая модель акустооптического квазиколлинеарного перестраиваемого фильтра на кристаллическом кварце, на основе которой выполнен расчет АОПФ, работающего в спектральном диапазоне 0,25–0,4 мкм со спектральным разрешением около 0,2 нм.
Purpose of the work. Development and testing of a theoretical model of an acousto-optic quasi-collinear tunable filter on crystalline quartz, operating in the spectral range of 0.25-0.4 microns with a spectral resolution of 0.2 nm.
Methods. The paper analyzes the basic properties of acousto-optic tunable filters based on crystals of various classes. Based on literature analysis and calculations, an experimental AOTF model was proposed and practically implemented. The study of the physical properties of light filtration on an α-SiO2 crystal was carried out using an experimental method.
Practical studies of the spectral tuning of the device at experimental optical frequencies were carried out in the proposed ultrasonic standing wave system in accordance with the tuning characteristic. Based on known experimental data, a theoretical model for describing the passband taking into account piezoelectric effects is proposed.
Results. The influence of crystal anisotropy on their acoustoelectric properties is shown. The optimal crystallographic parameters for the operation of filters on a silicon oxide crystal have been determined. A computer model of AOTF has been developed, implemented on the basis of numerical calculations in the Wolfram Mathematica environment. It was experimentally revealed that in the red part of the spectrum under study, the maximum intensity of the frequencies of diffracted light is observed, which corresponds to those closest to the natural frequencies of the piezoelectric transducer, while at the same time, in the blue and violet spectra, the lowest transmission was observed. Practical studies have confirmed that the broadening of the filter passbands occurs due to an increase in the divergence of light.
Conclusions. A mathematical model of an acousto-optic quasi-collinear tunable filter on crystalline quartz was substantiated and developed, on the basis of which the calculation of the AOTF operating in the spectral range of 0.25 - 0.4 μm with a spectral resolution of about 0.2 nm was performed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.