TUGAS II FOTONIKAAcousto-Optical Tunable Transmissive Grating Beam Splitter

RATRI BERLIANA1112100114

Dosen :Drs. Gontjang Prajitno, M.Si.

JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA2015

Acousto-Optical Transmisif Tunable Pemisah Sinar KisiAkusto-Optik Sebagai Transmisif Tunable Pemisah Sinar Kisi

Oleh : Dieulangard, Kastelik, Dupont, dan Gazalet

ABSTRAK

Kami menyajikan tunable transmissif pemisah sinar kisi untuk beberapa pemisahan garis laser berdasarkan acousto-optik pada telurium dioksida. Perangkat acousto-optik yang terkenal untuk modulasi cahaya, penggeser frekuensi, filtrasi atau defleksi. Berbeda dengan modus operasi klasik perangkat acousto-optik, kita mempertimbangkan simultan difraksi dari beberapa panjang gelombang optik dengan frekuensi ultrasonik tunggal. Perangkat ini didasarkan pada interaksi anisotropic Bragg pada konfigurasi “pencocokan fase tangen” yang spesifik. Interaksi acousto-optik mengambil penempatan dengan frekuensi ultrasonik tunggal dan efisiensi difraksi tetap tinggi selama jarak range optik masih luas. Perbedaan sinar difraksi kemudian secara angular terpisah dengan baik, karena gelombang ultrasonik yang merambat di telurium dioksida mengalam perlambatan kecepatan. Bandwidth optik secara langsung berkaitan dengan operasi frekuensi ultrasonik. Perhitungan numerik dilakukan untuk menentukan parameter utama perangkat : operasi frekuensi ultrasonik, bandwidth optik, berbagai tunability, potongan kristalin, dan panjangnya transduser. Sebuah perangkat praktis telah dirancang untuk spektrum cahaya nampak. Hasil eksperimen disajikan, misalnya bandwidth spektral dari 450 nm ke 550 nm dengan frekuensi pembawa f0 = 125 MHz.

PENDAHULUAN

Perangkat acousto-optik didasarkan pada difraksi sinar optik oleh gelombang ultrasonik. Interaksi ini berlangsung pada kristal spesifik yang menunjukkan bahan fotoelastis yang baik. Di antara bahan acousto-optik yang tersedia, telurium dioksida benar-benar luar biasa karena sifat optiknya yang sangat tinggi dan perangkat anisotopik akustik mendorong adanya interaksi konfigurasi yang spesifik. Perangkat acousto-optik terutama digunakan untuk cahaya modulasi, frekuensi pergeseran, defleksi, atau penyaringan optikal. Dalam tulisan ini, kami menyajikan penyelidikan tentang proses yang mengarah ke akusto-optik yang dapat memisah sinar kisi, berdasarkan hal yang telah diketahui mengenai pencocokan konfigurasi fase tangen (TPM) banyak digunakan pada deflektor acousto-optik [5]. Konfigurasi TPM memberikan spektrum yang lebih besar bandwidthnya pada dua kondisi yang sudut optikalnya sinar dapat masuk dan frekuensi ultrasonik dapat terpilih dengan baik, seperti yang ditunjukkan dalam makalah ini.

Perangkat ini dapat dianggap sebagai transmisif dinamis kisi difraksi dan prinsip operasi digambarkan dalam Gambar. 1. Sebuah gelombang ultrasonik tunggal merambat secara lambat di kristal telurium dioksida berinteraksi secara bersamaan dengan semua panjang gelombang berkas cahaya yang masuk. Perbedaan kisi difraksi adalah ketika secara angular dapat dipisahkan dengan baik, karena gelombang ultrasonik berkecepatan rendah. Perangkat yang diusulkan beroperasi dengan linear terpolarisasi ini, berkas masuk digabungkan ke mode yang extraordinary dari kristal telurium dioksida. Dalam rangka memaksimalkan yang efisienasi difraksi pada bandwidth spektral yang cukup besar, simulasi komputasi telah menunjukkan hasil desain yang spesifik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi difraksi lebih tinggi dari 60% pada spektral yang berkisar antara 450 hingga 550 nm. Pada bagian berikutnya, kami menyajikan konsep dasar dari pemisah sinar kisi berdasarkan diagram vektor gelombang dalam anisotropik dengan berbagai panjang gelombang interaksi.

Bagian berikutnya kemudian dikhususkan untuk perhitungan numerik dan pengukuran eksperimental yang diperoleh dengan perangkat praktis.

Gambar 1. Prinsip operasi pemisah sinar kisi dengan akusto-optik.

DIAGRAM VEKTOR GELOMBANG

“Pencocokan fase tangen” pada konfigurasi akusto-optik di telurium dioksida telah banyak dibahas pada beberapa paper baru-baru ini [7] mempertimbangkan diagram gelombang vektor, fase ketidaksesuaian, potongan kristalin, bandwith dll. Dalam rangka untuk menggambarkan konfigurasi berbagai panjang gelombang pada interaksi anisotropic, kita mempertimbangkan diagram vektor simultan gelombang di panjang gelombang yang berbeda pada range cahaya nampak dengan gelombang ultrasonik geser tunggal yang merambat dengan kemiringan sudut dari [110] dari frekuensi sumbu x (Gambar. 2). Sebagai contoh, fase interaksi yang cocok (fase ketidaksesuaian ΔФ = 0) digunakan untuk panjang gelombang yang berwarna biru λB dengan frekuensi ultrasonik f0 (vektor gelombang K) dan sudut datang θi. Untuk panjang gelombang berwarna hijau λG, dengan frekuensi ultrasonik yang sama dan sudut berkas θi, interaksi berlangsung dengan diberikannya fase ketidakcocokan. Namun, interaksi kecocokan fase diperoleh pada panjang gelombang oranye λOR. Sehingga, ketidakcocokan fase juga meningkatkan untuk sinar merah λR. Efisiensi difraksi menurun drastis pada tingkat optik yang lebih tinggi panjang gelombangnya dan berlaku sama pada panjang gelombang optik yang rendah seperti cahaya ultraviolet λUV. Demikian, kita memperoleh bandwidth spektral dengan kriteria kedalaman ripple seperti yang biasa ditemukan untuk frekuensi bandwidth pada detektor akusto-optik yang beroperasi dengan optik berpanjang gelombang tunggal. Pilihan yang tepat dari beberapa (sudut berkas masuk θi, frekuensi ultrasonik f0) mengarah ke bandwidth dengan kriteria klasik antara -0,3 dB atau -0,5 dB.

Gambar 2. Diagram vektor gelombang interaksi anisotropic dalam tahap tangensial cocok untuk konfigurasi dengan beberapa panjang gelombang optik yang berfrekuensi ultrasonik

tunggal.

PERHITUNGAN NUMERIK DAN VALIDASI EKSPERIMEN

Pengaturan eksperimental mencakup beberapa panjang gelombang laser yang dikeluarkan dari laser argon (458, 476, 488, 496, dan 514 nm) yang dikombinasikan dengan sumber laser 532 nm. Generator frekuensi radio beroperasi di kisaran mulai 70-140 MHz. Untuk kejelasan, Gambar. 3a menunjukkan perhitungan efisiensi difraksi untuk tiga panjang gelombang optik 458, 496, dan 532 nm dan θi = 5,48⁰. Untuk λ = 458 nm interaksi kecocokan fase terjadi pada frekuensi ultrasonik tunggal (123,7 MHz). Untuk panjang gelombang λ = 496 nm, dua fase interaksi kecoockan yang mungkin (frekuensi 95,5 MHz dan 129 MHz) seperti pada λ = 532 nm (frekuensi 81,5 MHz dan 125 MHz). Untuk validasi eksperimental frekuensi ultrasonik tunggal telah ditetapkan bahwa f0 = 125 MHz. Sebuah perangkat praktis telurium dioksida akousto-optik, berdasarkan konfigurasi AOD biasa, telah dibangun khusus untuk percobaan oleh AA Opto-elektronik. Pemotongan kritalin, sesuai dengan kemiringan sudut dari perlambatan gelombang geser dari [110] sumbu x adalah 7,5⁰. Panjang transduser W = 5,5 mm mengarah ke frekuensi bandwidth sebesar 70-140 MHz di konfigurasi TPM. Gambar 3b menunjukkan pengukuran eksperimental dari efisiensi difraksi untuk tiga panjang gelombang dan kesesuaian didapatkan.

Gambar 3. Frekuensi bandwidth dari pemisah sinar kisi akousto-optik pada tiga panjang gelombang optik: 458, 496, dan 532 nm. (a) perhitungan numerik; (b) pengukuran

eksperimental.

Gambar 4. Fotografi pada berkas cahaya hijau kebiruan yang terdifraksi.

Semua panjang gelombang telah diuji secara bersamaan dan foto terebut ditunjukkan pada Gambar 4, yang menunjukkan kesesuaian sinar difraksi. Seperti yang diharapkan, sudut besar pemisah antara sinar difraksi didapatkan, karena kecepatan rendah dari gelombang geser ultrasonik (676 ms-1). Sudut pemisahan antara berkas difraksi yang sesuai dengan = 458 nm dan yang sesuai dengan = 532 nm adalah 1⁰. Efisiensi difraksi yang terukur adalah lebih tinggi dari 60% untuk semua panjang gelombang.

KESIMPULAN

Dalam tulisan ini, kami telah menyajikan sebuah konfigurasi original untuk perangkat akousto-optik. Hal ini menawarkan sebuah aplikasi baru untuk detektor akousto-optik, bersadasarkan dari berkas masuk sinar optik polikromatik dan frekuensi ultrasonik tunggal. Hal ini menyebabkan tunable transmissif wideband pemisah sinar kisi. Sistem ini didasarkan pada anisotropik Bragg interaksi acousto-optik di kristal telurium dioksida. Interaksi akousto-optik didasarkan pada kecocokan konfigurasi fase tangensial. Biasanya digunakan untuk sudut defleksi dari tuning sinar monokromatik dari frekuensi ultrasonik, biasanya mengarah ke bandwidth frekuensi yang lebar, mengambil keuntungan dari fase ketidakcocokan rendah pada domain frekuensi yang besar.

Makalah ini menunjukkan bahwa perilaku serupa juga terjadi dalam domain spektral, menurut pilihan tertentu dari sudut datang dan frekuensi ultrasonik. Dengan cara yang sama seperti untuk bandwidth frekuensi dari sebuah AOD, bandwidth spektral dapat dicocokkan dan dipilih secara selektif pengaturan berkas masuk sinar optik. Perangkat ini telah dirancang untuk bandwidth spektral mulai 450-550 nm dengan kedalaman ripple sebesar -0.5 dB. Bandwidth spektral yang lebih besar dapat dicapai dengan kriteria kedalaman ripple yang lebih besar. Deflektor akusto-optik digunakan sebagai elemen pendispersi yang menyajikan pemisahan sudut yang lebih luas dibandingkan dengan prisma konvensional atau kisi elemen dispersi. Selain itu, interaksi akusto-optik Bragg menyiratkan hanya satu urutan difraksi, menyebabkan tingginya efisiensi difrkasi. Hal ini adalah sebuah dinamisasi dari kisi difraksi: intensitas pada urutan dyang terdifraksi dapat dimodulasi. Konfigurasi yang diusulkan dapat diperpanjang untuk setiap domain optik pada range transparansi telurium dioksida yang lebih besar dari ultraviolet hingga berkas sinar inframerah.