一种高通量宽带近红外声光可调滤光器的设计

声光可调滤光器(AOTF)是20世纪90年代以来近红外光谱仪最突出的进展,传统的单换能器结构使滤光器存在工作带宽较窄的问题。本文采用双换能器结构设计了一种高通量、宽带宽的近红外声光可调滤光器,基于“切面平行条件”波矢量布局方案,通过仿真计算确定声光晶体最优切向切角及换能器长度等最佳参数。两段换能器分别工作于两个不同的波段范围,使得滤光器的工作波段范围在光谱分辨率、衍射效率等参数满足要求的前提下大为改善。测试结果表明,设计的滤光器在900～2 400 nm波段范围内分辨率优于15 nm,衍射效率最高可到41%。     

TeO2晶体中非同向声光互作用的精确分析

在分析了关于非同向声光可调谐滤光器的两种设计理论的基础上,得到了在严格满足切面平行动量匹配条件下,大角孔径可调谐TeO_2滤光器的θ_a-θ_i曲线.所得的曲线明显地修正了Chang的θ_a-θ_i曲线,对TeO_2声光滤光器的正确设计提供了可靠的理论依据.     

La_3Ga_5SiO_(14)声光可调谐滤波器设计

分析了La3Ga5SiO14(简称LGS)既可以做成同向声光可调谐滤波器,又可以做成大孔径非同向声光可调谐滤波器。推导出超声波频率f和光波波长λo的调谐关系;计算出滤波器的光谱分辨率R和集光能力δiθ;光入射角iθ与衍射角θd、声入射角θa之间的关系。为LGS声光可调滤波器的实用化设计提供了充分可靠的理论依据。把LGS与TeO2声光可调滤波器的光谱分辨率和集光能力做了比较,认为LGS设计成同向声光可调谐滤波器既简便又实用。     

声光滤光器性能指标的计算和讨论

以可调谐声光滤光器为元件所制造的光谱分析仪,利用声光谱光器的电调谐分光作用,辅以计算机控制,以完成信息的实时处理,其中声光滤光器性能指标的好坏将直接影响光谱分析仪的设计制造本文对用不同切向的氧化碲晶体所制成几种声光滤光器的几项性能指标进行计算的讨论,使在设计制造光谱分析仪时对声光谱光器的声光和电性能先有一个总体认识,以减少不必要的实验和摸索。     

1.2-2.5μm可调谐红外声光滤光器

本文介绍以ＴｅＯ２作为声光互作用介质的可调谐声光滤光器,我们举调谐波长为１．２－２．５μｍ红外滤光器为例,介绍了滤光器的设计参数。１．２－２．５μｍ滤光器的调谐曲线,光谱分辨率,以及利用该滤光器研制的红外声光光谱仪对某一种塑料中的两种分子的红外吸收光谱的分辨能力。     

单轴晶体的光程差和Lyot型滤光器的视场

 建立了以光线入射方向和晶体光轴方向为基准的入射坐标系，利用波法线反曲面方程和电磁场在晶体折射界面处切向分量连续性的边界条件，得到了晶体中波法线方向、射线方向、波法线折射率和射线折射率的表达式。从非常光的射线方向和射线折射率出发，得到了在任意的晶体光轴方向和入射角条件下，光通过单轴晶体后寻常光、非常光的光程差表达式。对Lyot型滤光单元的透射率和视场进行了计算分析后发现，滤光单元的透射率随光线入射角的变化呈现一定的周期性，视场随光轴倾角的增大而减小。得出了透射率和视场随光轴倾角(光轴与晶体表面的夹角)和光线入射角(光线在晶体表面的入射角)的变化规律。讨论了通过改变晶体倾角实现滤光器调谐和补偿晶体厚度加工误差等技术问题。     

多通道扫描型红外光纤气体测量系统研究

提出了一种将声光可调滤光器技术应用于气体浓度测量的红外光谱系统。该系统以氙灯作为光源,TeO2晶体作为声光介质的色散元件,InGaAs光电二极管阵列作为多通道检测器,利用光纤探测和传输光信号,由计算机处理数据和显示结果。通过声光调制将宽带光变为单色光,通过超声射频的变化实现光谱扫描,可对不同气体进行快速测量,无机械调谐机构,结构简单。通过对甲烷气体的实验表明,该系统的有效光谱测量范围为900~1900nm,光谱分辨率为60nm,可用于对有害气体的在线检测。     

声光可调谐滤光器的等值点理论

系统地给出了满足平行切线动量匹配条件下的声光相互作用关系曲线 ,发现仅当光的入射方向与晶体光轴间的夹角约为 5 6°时 ,在可见至近红外光谱范围内 ,同一声波矢量可使o光入射e光衍射和e光入射o光衍射同时满足平行切线动量匹配条件 ,并且这两束衍射光的波长相等。称这一特殊的角度为声光可调谐滤光器理论设计的等值点 ,并通过实验验证了这一分析结果的正确性。应用等值点原理设计声光可调谐滤光器 ,在不降低波长分辨率的前提下可大幅度提高光谱测量的信噪比     

光谱学 光谱仪器

TH744．1 2005053283 基于AOTF的便携式近红外光谱测量仪=Portable NIR spectrum instrument based on acousto-optic tunable filter [刊,中]／毕卫红(燕山大学光电子工程系．河北,秦皇岛 (066004)),唐予军…∥半导体光电．-2005,26(3)．- 264-266 提出了一种新型的基于声光可调滤光器(AOTF)的便 携式近红外光谱测量仪,该仪器可用于液态食品的组分浓 度的测量。概述了声光可调滤光器的基本工作原理,并详 细介绍了便携式近红外光谱仪的系统结构和组成。对一 组成分含量已知的牛奶的光谱所建立的线性回归模型的 分析表明,该模型具有良好的相关性,满足实际生产的需 要。图6参3(于晓光)     

压电换能器等效模型分析与阻抗匹配设计

声光可调滤光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)的衍射效率不仅与功率信号源的质量、声光晶体氧化碲(TeO_2)的切型有关,而且压电超声换能器的结构以及其阻抗匹配网络也对AOTF的衍射效率有很大影响。本文对X切型铌酸锂(LiNbO_3,LN)四层镀膜压电超声换能器的等效模型进行了分析,确定了声光介质存在时换能器的阻抗特性,利用射频微波仿真软件,设计了电感-电容复合匹配网络。将换能器压合在TeO_2上,用复色光作为光源进行了声光衍射实验,经仿真与实验验证表明,该匹配电路可以有效的改善压电换能器的阻抗特性,提高换能器带宽,提高能量传输效率,AOTF衍射效率最高可达92.67%。     

声光可调谐滤光器的光谱传递特性和数据恢复方法

本文在分析声光可调谐滤光器透过特性的基础上。对其引入了光谱传递函数的概念,并计算和讨论了光谱传递函数随滤光器结构参数的变化规律。     

液晶可调滤光器的空间热适应性研究与改进设计

针对液晶可调滤光器所处的空间热环境设计了热真空及高低温循环试验方案,旨在通过试验验证液晶可调滤光器在空间热环境下的器件光学性能。热环境试验的结果表明,液晶可调滤光器的光谱曲线较试验前仅漂移不超时0.1倍带宽,透过率降低不超过2%。为确保器件在空间温度环境下的性能更加可靠,又设计了液晶可调滤光器的热控改进方案,将工作温度控制在35±0.5℃。仿真结果表明LCTF器件经过合理的温控设计完全可以适应空间热环境。     

一维光子晶体在热光伏技术中的应用

将光子晶体的禁带特性应用于热光伏技术的光谱选择控制.针对锑化镓(GaSb)热光伏电池,采用硅(Si)和二氧化硅(SiO2)优化设计了一维光子晶体滤光器.研究了这种滤光器的光谱特性,分析了滤光器的介质层厚度偏差、周期以及热辐射能量入射角度对滤光器光谱特性的影响,研究了高温辐射体不同温度时这种滤光器的光谱效率.     

表面波布拉格声光互作用耦合波方程的研究

定义了压电晶体的增劲声光系数，它反映压电晶体中声光、电光和压电效应共同作用的结果。从参量互作用基本理论出发，同时考虑声光效应、电光效应和压电效应三个因素，用一个压电增劲声光系数来表示三种因素的共同作用，导出表面波声光布拉格互作用的耦合波方程。并求解得出相应衍射效率的计算公式。该式说明在弱声光互作用条件下，衍射导光波强度与超声功率成正比。表面波声光器件具有体积小、工作稳定、能耗小、易于集成等优点。可以用作光偏转器、光调制器、滤光器。在光通信以及各类实时信号处理，如相关、卷积、频谱分析、矩阵光计算等领域具有广泛的应用前景。     

声光可调近红外光谱技术快速检测再造烟叶的厚度

厚度是衡量再造烟叶品质及稳定性的一项重要指标,目前再造烟叶厚度测定方法存在读数不稳定、测量准确性受样品特性影响,不利于检测和控制.本文应用声光可调滤光器近红外光谱仪建立再造烟叶厚度检测方法模型,能准确预测再造烟叶厚度指标,具有准确性好,精密度高的特点,符合再造烟叶厚度检测的需要.     

空间双折射干涉滤光器的主动补偿研究

 空间太阳望远镜中的双折射干涉滤光器对于温度的变化十分敏感,传统的滤光器在空间环境中很难做到高精度的温度控制。改进传统滤光器的结构,在每一单级中加入LCVR(液晶位相延迟器),通过LCVR主动引入的附加位相延迟补偿由于温度波动引起的晶体位相延迟,可使滤光器透过率峰值波长始终保持稳定。以Lyot滤光器为研究对象,通过理论计算和模拟分析证明了该方法的可行性。该方法应用到空间双折射干涉滤光器可以使滤光器在卫星制造部门提供的环境温度下不使用任何温控系统依然正常使用,成功解决了空间双折射干涉滤光器温控精度的问题。由于摒弃了传统的两级温控装置,有效减小了滤光器的体积,减轻了滤光器的质量,使其更符合空间有效载荷的使用要求。     

二氧化碲非同向声光可调谐滤波器的设计分析

在分析非同向声光可调谐滤波器器件设计理论的基础上，同时考虑声光晶体的双折射和旋光特征，分析和计算了二氧化碲声光可调谐滤波器的超声波极角θａ和入射光波极角θｉ之间的关系以及超声波频率ｆａ和光波波长λ０之间的调谐关系。     

等傅里叶系数双折射滤光器

对李奥(Lyot)双折射滤光器的出射振幅进行傅里叶分析,可看出博里叶系数都等于1/2~N,N是滤光器的级数.我们找到一种等傅里叶系数双折射滤光器,它由两个偏振片之间放置任意数m的等厚双折射晶片组成,选择晶片之间的角差分布,使其出射光傅里叶系数相等为1/(m+1),当两偏振片平行,晶片角递增时,其傅里叶系数全等。程差为波长的整数倍时,透过极大。当两偏振片相互垂直,晶片角正负相间时,傅里叶系数仅数值相等,而符号正负相间,程差为半波长的整数倍时,透过极大,只需以(m+1)替换2~N代入L滤光器有关性能的公式中,就可获得此种滤光器性能,如半宽△λ=△λ_1·2/(m+1),后接滤光器晶体厚度d_2=(m+1)d_1。厚度匹配的两个等傅里叶滤光器的傅里叶展式相乘,可获得组合滤光器的傅里叶展式。根据以上理论,找到了等傅里叶系数滤光器之间,以及它与李奥,Evans,Solc滤光器和部分偏振片滤光器之间存在的11种严格组合,可产生各种特性的滤光器。以上性能均为计算所证实。以往(?)olc滤光器与其它滤光器之间组合设计,缺乏严格的匹配理论,往在增加主带外的散射光。对m≤100,编制了计算该种滤光器晶片间角差的程序,并具体计算了m≤15的角差,为该种滤光器的应用提供了最主要的设计参数。此外,还给出了角差误差和厚度误差的有关公式.     

Ce∶KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce∶KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce∶KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况。结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小。同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释。     

Ce:KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce:KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce:KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况.结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小.同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释.