Интерференционные измерения динамики температуры в твердотельных акустооптических модуляторах

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью эффективного использования твердотельных акустооптических модуляторов в широком диапазоне технических устройств, таких как дефлекторы, устройства смещения частоты и развертки, делители оптических пучков, лазерные доплеровские анемометры и многих других. Цель работы: изучение температурной динамики твердотельных акустооптических модуляторов бесконтактными оптическими методами. Обоснование использования коммутационных режимов работы акустооптических модуляторов в технических устройствах. Определение диапазона применимости и возможных погрешностей при эксплуатации. Методы исследования: измерение сдвига фазы световой волны, обусловленного тепловым изменением оптической плотности и геометрических параметров рабочей области твердотельного акустооптического модулятора. Оценка интегрального изменения температуры в зависимости от времени и положения зондирующего пучка в звукопроводе. Реализуется двухлучевая схема интерферометра. Излучение гелий-неонового лазера с длиной волны ?=632,8 нм мощностью 0,5 мВт разбивается на два пучка светоделительным кубиком. В один из пучков помещается акустооптический модулятор. Сдвиг фаз, вызванный изменением оптической плотности и геометрических параметров исследуемого объекта, фиксируется по смещению интерференционных полос. Методы анализа изображений, интерферометрии, фотометрии, акустооптики, материаловедения, когерентной оптики, лазерной физики. Результаты: измерен сдвиг фазы световой волны, обусловленный изменением оптической плотности и толщины объекта. Проведена оценка интегрального изменения температуры в зависимости от времени и положения зондирующего пучка в звукопроводе твердотельного акустооптического модулятора. Определено время выхода устройства на стационарный режим. Результаты исследования показали, что максимальная величина погрешности измерения скорости потоков с низкой частотой следования светорассеивающих трассеров при использовании коммутационного режима работы твердотельного модулятора в лазерных доплеровских анемометрах будет равняться 0,5 %. Повышение точности может быть достигнуто путем применения корректирующих алгоритмов.

The relevance of the work is determined by the necessity of solid-state acoustooptical modulators effective using in a wide range of technical devices such as deflectors, frequency shift setups, sweeping tools, optical beam splitters, laser Doppler anemometers et cetera. The main aim of the study: investigation of temperature dynamics in solid-state acoustooptical modulators by non-invasive optical methods; substantiation of solid-state acoustooptical modulators switching mode using in devices; estimation of applicability range and possible operating biases. The methods used in the study: measurement of light wave phase shift induced by solid-state acoustooptical modulator active area geometrical characteristics and optical density thermal alterations. Estimation of temperature integral changing depending on time and interrogation beam location in acoustic transmission duct. A two-beam interferometer was used. Helium-neon laser emission with wavelength ?=632,8 nm and power 0,5 mW was divided into two rays by beam splitting cube. The acoustooptical modulator was placed in one of the beams. A phase shift produced by geometric parameters of investigated object and optical density changings was determined by interference fringe shift. Methods of image analysis, interferometry, photometry, acoustooptics, material science, coherent optics, laser physics. The results: The authors have measured the light wave phase shift caused by alterations of optical density and object thickness. Temperature integral change was estimated depending on time and probing beam location in acoustic transmission duct of acoustooptical modulator. The warm-up period of optical modulator was defined. The findings revealed that measuring maximal error magnitude of flow velocity with low event's frequency of light-diffusing tracers for solid-state acoustooptical modulator switching mode would equal 0,5 %. The measurement accuracy can be increased by usage of error correction algorithms.