Study of the Frequency Range of Operation of a Piezoelectric Converter Acousto-Optical Filter Using Electrical and Optical Methods

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The acousto-optical characteristics of a paratellurite crystal with a cut angle α = 10.2° have been studied theoretically and experimentally. The crystal is used in an acousto-optical filter for processing optical images in visible and infrared light. The electrical tuning range of the filter was experimentally determined based on the frequency dependence of the power absorbed by the piezoelectric filter transducer. Estimates of the filter tuning range based on optical wavelengths have been made. At light wavelengths λ = 1.15 and λ = 0.63 μm, the dependences of the Bragg angle of incidence on the ultrasound frequency were calculated. When measuring the diffraction efficiency in the deflector operating mode, it was found that the tuning range of the filter over optical wavelengths turns out to be different from that predicted by measuring the electrical characteristics of the converter and becomes narrower.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. V. Polikarpova

Lomonosov Moscow State University; Scientific and Technological Center for Unique Instrument Making, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: polikarpnv@yandex.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

V. E. Pozhar

Scientific and Technological Center for Unique Instrument Making, Russian Academy of Sciences

Email: polikarpnv@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985.
  2. Xu J., Stroud R. Acousto-optic devices: Principles, design and applications. New York: John Wiley, 1992.
  3. Goutzoulis A., Pape D. Design and fabrication of acousto-optic devices. New York: Marcel Dekker, 1994.
  4. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир 1987.
  5. Gupta N. Acousto-Optics, in Optical Engineer’s Desk Reference, ed. W. Wolfe, (Optical Society of America, Washington D.C., 2003).
  6. Chang C. Tunable acousto-optic filters: an overview / Eds Houston J.B. in Acousto-Optics: Device Development/Instrumentation/Applications. Proc. SPIE. 1976. V. 90. P. 12–22.
  7. Voloshinov V.B. Close to collinear acousto-optical interaction in paratellurite // Opt. Eng. 1992. V. 31. № 10. P. 2089–2094.
  8. Пожар В.Э., Пустовойт В.И. Возможности создания новых систем видения на основе акустооптических видеоспектрометров // Радиотех. и электрон. 1996. Т. 41. № 10. С. 1272–1278.
  9. Sapriel J., Charissoux D., Voloshinov V., Molchanov V. Tunable acousto-optic filters and equalizers for WDM applications // J. Lightwave Techn. 2002. V. 20. № 5. P. 892–899.
  10. Gupta N., Voloshinov V. Development and characterization of two-transducer imaging acousto-optic tunable filters with extended tuning range // Appl. Opt. 2007. V. 46. № 7. P. 1081–1088.
  11. Polikarpova N.V., Pozhar V.E. Frequency Range of Operation of the Piezoelectric Transducer of the Acousto-Optic Filter // 2022 Int. Conf. on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT), Astrakhan, Russian Federation. 2022. P. 1–4.
  12. Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. Акустооптическая дифракция в ультразвуковом поле профилированного по ширине преобразователя // Акуст. журн. 2022. Т. 68. С. 270–277.
  13. Котов В.М. Акустооптический расщепитель-вращатель плоскости поляризации двухцветного излучения // Акуст. журн. 2022. Т. 68. С. 14–21.
  14. Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. Акустооптический поляризационно-нечувствительный двухкоординатный дефлектор // Акуст. журн. 2021. Т. 67. С. 138–144.
  15. Антонов С.Н. Широкоугольный поляризационно-независимый акустооптический модулятор лазерного излучения на основе парателлурита // Акуст. журн. 2020. Т. 66. С. 8–15.
  16. Котов В.М. Широкополосная акустооптическая модуляция оптического излучения // Акуст. журн. 2019. Т. 65. С. 471–476.
  17. Проклов В.В., Резвов Ю.Г., Подольский В.А. Теория акустооптической фильтрации излучения в многочастотном акустическом поле в ближней зоне плоского пьезоэлектрического преобразователя // Акуст. журн. 2018. Т. 64. С. 669–675.
  18. Магдич Л.Н., Балакший В.И., Манцевич С.Н. Электронная перестройка частоты акустооптического синхронизатора мод лазера // Акуст. журн. 2017. Т. 63. С. 606–613.
  19. Котов В.М. Акустооптическая брэгговская дифракция в парателлурите на боковых лепестках пространственного спектра излучения акустического преобразователя // Акуст. журн. 2016. Т. 62. С. 525–530.
  20. Котов В.М. Брэгговская дифракция трехцветного излучения в кристалле парателлурита // Акуст. журн. 2015. Т. 61. С. 701–704.
  21. Поликарпова Н.В., Мальнева П.В., Волошинов В.Б. Анизотропия упругих волн в кристалле теллура // Акуст. журн. 2013. Т. 59. С. 332–338.
  22. Дьяконов Е.А., Волошинов В.Б., Поликарпова Н.В. Акустооптическое исследование необычных случаев отражения объемных упругих волн в кристалле парателлурита // Акуст. журн. 2012. Т. 58. С. 121–131.
  23. Волошинов В.Б., Поликарпова Н.В., Можаев В.Г. Близкое к обратному отражение объемных акустических волн при скользящем падении в кристалле парателлурита // Акуст. журн. 2006. Т. 52. С. 297–305.
  24. Suhre D.R., Gottlieb M., Taylor R., Melamed N.T. Spatial resolution of imaging non-collinear acousto-optic filters // Opt. Eng. 1993. V. 43. P. 2118–2121.
  25. Dekemper E., Fussen D., Opstal B. Van, Vanhamel J., Pieroux D., Vanhellemont F., Mateshvili N., Franssens G., Voloshinov V., Janssen C., Elandaloussi H. ALTIUS: a spaceborne AOTF-based UV-VIS-NIR hyperspectral imager for atmospheric remote sensing // Proc. SPIE. 2014. V. 9241. P. 92410L.
  26. Dekemper E., Loodts N., Opstal B. Van, Maes J., Vanhellemont F., Mateshvili N., Franssens G., Pieroux D., Bingen C., Robert C., Devos L., Aballea L., Fussen D. Tunable acousto-optic spectral imager for atmospheric composition measurements in the visible spectral domain // Appl. Opt. 2012. V. 51. P. 6259–6267.
  27. Glenar D.A., Hillman J.J., Saif B., Bergstralh J. Acoustooptic imaging spectropolarimetry for remote sensing // Appl. Opt. 1994. V. 33. P. 7412–7424.
  28. Cheng L.J., Mahone J.C., Reyes G.F., Suiter H.R. Target detection using an AOTF hyperspectral imager / Eds Casasent D.P. and Chao D. in Optical Pattern Recognition V. Proc. SPIE. 1994. V. 2237. P. 251–258.
  29. Voloshinov V.B., Molchanov V.Ya., Mosquera J.C. Spectral and polarization analysis of optical images by means of acousto-optics // Optics and Laser Tech. 1996. V. 28. P. 119–127.
  30. Tang G.C., Chen J.T., Katz A., Celmer E.J., Krumm R.W., Alfano R.R. Ultraviolet visible acousto-optic tunable spectroscopic imager for medical diagnostics // J. Biomed. Opt. 1998. V. 3. P. 80–84.
  31. Voloshinov V.B. Imaging experiments based on application of non-collinear tunable acousto-optic filters / Eds Mericsko R.J. in 27-th AIPR Worksshop: Advances in Computer-Assisted Recognition. Proc. SPIE. 1998. V. 3584. P. 116–127.
  32. Voloshinov V.B., Gupta N. Investigation of magnesium fluoride crystals for imaging acousto-optic tunable filter applications // Appl. Opt. 2006. V. 45. P. 3127–3135.
  33. Gupta N. Acousto-optic tunable filters for Infrared Imaging in Acousto-optics and Photoacoustics / Eds Reibold R. Proc SPIE. 2005. V. 5953. Art. 59530O 1–10.
  34. Mosquera J.C., Voloshinov V.B. Wide-Aperture Acousto-Optic Interaction in Birefringent Crystals // Optics and Spectroscopy. 2006. V. 101. № 4. P. 675–682.
  35. Georgiev G.D., Glenar D.A.,Hillman J.J. Spectral characterization of tunable acousto-optic filters used in imaging spectroscopy // Appl. Opt. 2002. V. 41. P. 209–217.
  36. Gupta N., Voloshinov V. Hyperspectral imager, from ultraviolet to visible, with a KDP acousto-optic tunable filter // Appl. Opt. 2004. V. 43. P. 2752–2759.
  37. Voloshinov V., Gupta N. Ultraviolet-visible imaging acousto-optic tunable filters in KDP // Appl. Opt. 2004. V. 43. P. 3901–3909.
  38. Belikov B., Bouimistryuk G.Ya., Voloshinov V.B., Magdich L.N., Mitkin M.I., Parygin V.N. Acousto-optic filtration of images // Tech. Phys. Lett. 1984. V. 10. P. 1225–1229.
  39. Voloshinov V.B., Yushkov K.B., Linde B. Improvement in performance of TeO2 acousto-optic imaging spectrometer // J. of Optics A: Pure and Appl. Opt. 2007. V. 9. № 4. P. 341–347.
  40. Korpel A., Adler R., Desmares P., Watson W. A television display using acoustic deflection and modulation of coherent light // Proc. IEEE. 1966. V. 54. № 10. P. 1429–1437.
  41. Coquin G.A., Griffin J.P., Anderson L.K. Wide-band acousto-optic deflectors using acoustic beam steering // IEEE Trans. Son. Ultrason. 1970. V. SU–17. № 1. P. 34–40.
  42. Balakshy V., Kupreychik M., Mantsevich S., Molchanov V. Acousto-optic cells with phased-array transducers and their application in systems of optical information processing // Materials. 2021. V. 14. № 2. Art. 451. P. 1–12.
  43. Манцевич С.Н., Балакший В.И. Акустооптическое взаимодействие в неоднородном акустическом поле // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118. № 4. С. 646–652.
  44. Voloshinov V.B. Anisotropic light diffraction on ultrasound in tellurium dioxide single crystal // Ultrasound. 1993. V. 31. P. 333–338.
  45. Gupta N., Voloshinov V.B. Hyperspectral imaging performance of a TeO2 imaging acousto-optic tunable filter in the ultraviolet region // Optics Lett. 2005. V. 30. P. 985–987.
  46. Gupta N. Fiber-couple AOTF Spectrometers / Eds Gannot I. in Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications VI. Proc. SPIE. 2006. V. 6083. Art. 60830U 1–12.
  47. Gupta N., Dahmani R., and Choy S. Acousto-optic tunable filter based visible-to near-infrared spectropolarimetric imager // Opt. Eng. 2002. V. 41. P. 1033–1038.
  48. Gupta N., Suhre D.R., and Gottlieb M. LWIR spectral imager with an 8-cm–1 passband acousto-optic tunable filter // Opt. Eng. 2005. V. 44. Art. 094601 1–7.
  49. Belikov B., Voloshinov V.B., Kasyanov A.B., Parygin V.N. Broadband matching of an Acousto-optical-cell transducer using Youla’s complex normalization theory // Radioelectron. Commun. Sys. 1988. V. 31. P. 28–33.
  50. Chen W.K., Satyanarayana C. General theory of broadband matching // IEEE Proc. 1982. V. 29. P. 96–102.
  51. Zha Q.Z., Chen W.K. Broad-band impedance matching of the RLC generator and load // J. Franklin Inst. 1991. V. 328. P. 317–337.
  52. Vanhamel J., Dekemper E., Voloshinov V., Neefs E., Didier F. Electrical bandwidth testing of an AOTF transducer as a function of the optical diffraction efficiency // J. Opt. Soc. Am. 2019. V. 36. № 8. P. 1361–1366.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. (a) – The general view of the crystal and the course of the rays in the cell of the acousto–optic filter, (b) - a vector diagram of the wide-angle geometry of the AO interaction used for image filtering

Download (126KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Filter adjustment curve on a paratellurite crystal with a cutoff angle α = 10.2°

Download (57KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Experimental and theoretical dependences of the angle of incidence of light of an unusual polarized optical wave with a wavelength of λ = 0.633 µm (curve 1) and λ = 1.15 µm (curve 2) on the frequency of ultrasound

Download (60KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Frequency dependence of the absorbed RF power in the oscillator–piezoelectric converter path (curve 1), dependence of the diffraction efficiency on the ultrasound frequency (curve 2) for the wavelength (a) – λ = 1.15 µm and (b) – λ = 0.633 µm

Download (119KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».