JPH04172420A - acousto-optic filter - Google Patents
acousto-optic filterInfo
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- JPH04172420A JPH04172420A JP2301941A JP30194190A JPH04172420A JP H04172420 A JPH04172420 A JP H04172420A JP 2301941 A JP2301941 A JP 2301941A JP 30194190 A JP30194190 A JP 30194190A JP H04172420 A JPH04172420 A JP H04172420A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は光学的異方性を有する結晶を用いて光を選択的
に回折する音響光学フィルタの中で、遠軸異方ブラッグ
回折現象を利用した音響光学フィルタに関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field The present invention utilizes the far-axis anisotropic Bragg diffraction phenomenon in an acousto-optic filter that selectively diffracts light using a crystal having optical anisotropy. This invention relates to an acousto-optic filter.
従来の技術
近年、可視から近赤外に至る光の利用はめざましいもの
があるが、この光の分光に使用されるのが音響光学フィ
ルタである。分光には、他て、光学ガラスフィルタやプ
リズム、回折格子を用いたものがあるが、これらはいず
れもメカニカルな操作でしか光波長選択ができないのに
対し、音響光学フィルタは電気入力の周波数や振幅を変
えることにより光波長や出力光強度を変えることができ
、高速で、可動部がなく、高安定、長寿命な分光器とし
て利用できる。さらに、光混合などユニークな機能も有
している。この種の音響光学フィルタは例えば、日本国
特定第961641号、同第981883号に示されて
いるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, light ranging from visible to near-infrared light has been widely utilized, and acousto-optic filters are used to disperse this light. There are other types of spectroscopy that use optical glass filters, prisms, and diffraction gratings, but these can only select optical wavelengths by mechanical operation, whereas acousto-optic filters can only select the frequency of electrical input. By changing the amplitude, the optical wavelength and output light intensity can be changed, and it can be used as a high-speed, highly stable, and long-life spectrometer with no moving parts. It also has unique functions such as light mixing. This type of acousto-optic filter is shown, for example, in Japan Specification No. 961641 and Japan Specification No. 981883.
発明が解決しようとする課題
しかしながら、従来のこの種の音響光学フィルタは常光
線入射と異常光線入射に対し、それぞれ異なる超音波周
波数で回折するため、一つの周波数に対しては、二つの
波長の光が回折されることになり、光波長選択には上記
光線のどちらか一方しか利用できないことになる。すな
わち、自然偏光状態の一般的な入射光は、基本的に半分
の光量しか利用できないものであった。Problems to be Solved by the Invention However, since conventional acousto-optic filters of this type diffract at different ultrasonic frequencies for ordinary and extraordinary rays, two wavelengths are used for one frequency. The light will be diffracted, and only one of the above-mentioned light rays can be used to select the optical wavelength. In other words, basically only half the amount of light that is normally incident in a naturally polarized state can be used.
課題を解決するだめの手段
本発明はこのような課題を解決するだめに、二酸化テル
ル結晶とこの・二酸化テルル結晶に横波超音波を導入す
るトランスジューサを備え、結晶軸に対し特定の条件を
満たす方位に光入射角と横波超音波の波面を設定し同一
角度で入射した同一波長の常光線及び異常光線が、同一
周波数の上記横波超音波によシ回折するようにしたもの
である。Means for Solving the Problems In order to solve these problems, the present invention is equipped with a tellurium dioxide crystal and a transducer for introducing transverse ultrasonic waves into the tellurium dioxide crystal. The light incident angle and the wavefront of the transverse ultrasonic waves are set so that ordinary and extraordinary rays of the same wavelength that are incident at the same angle are diffracted by the transverse ultrasonic waves of the same frequency.
以下にその構成を図面を用いて説明する。The configuration will be explained below using the drawings.
第1図は二酸化テルル結晶の波数ベクトル図である。第
1図において(11o)軸をX軸、(001)軸をY軸
とすると、常光、異常光に対する屈折率n0.n、、光
学活性δ、光波長λを用いて外側楕円、内側楕円は下記
(1) 、 (21式で表わされる。FIG. 1 is a wave number vector diagram of a tellurium dioxide crystal. In FIG. 1, if the (11o) axis is the X axis and the (001) axis is the Y axis, the refractive index for ordinary light and extraordinary light is n0. The outer ellipse and inner ellipse are expressed by the following equations (1) and (21) using n, optical activity δ, and optical wavelength λ.
0ムは入射角θエ の常光線入射光の波数ベクトルに工
、であり、OCはムCで表わされる軸からの煩きαの超
音波KtL、によりθd、方向に発生する回折光’d+
で異常光線となる。これらの間には運動量保存則により
下記(3)式の関係がある。0 is the wave number vector of the ordinary incident light with an incident angle θ, and OC is the diffracted light 'd+ generated in the direction θd by the ultrasonic wave KtL of the angle α from the axis represented by C.
It becomes an abnormal ray. There is a relationship between them according to the law of conservation of momentum as shown in equation (3) below.
(BD)θd2方向に発生する常光線回折光Kd2(O
D)は、
の関係となる。ここで
IKi、 I = 2 yr ni□ / A −
−−−(@lKa+l=2πnd、/λ ・・・・・
・(6)1に2L、l=2πf、 /マ<(Z) ・
・・・・・(7)l Ki21 = 2 yr n、/
λ −−−−−・(a)eI
IKd21=2πnd0/λ ・・−−−−(9)1
に、21=2πf2/ ”m) −=(10)である
。ni□ 、 n工。はθi力方向常光線、異常光線屈
折率、”doはθ4.方向の異常光線屈折率、n、。は
θ、2方向の常光線屈折率、f、f2は超音波周波数、
−)はα方向の超音波の伝搬速度であり、
・・・・・・(12)
・−・・・−(1S)
である。f、、f’ は運動量保存則(31,(4)
式が成り立つとき、
・・・・・・(16)
・・・・・・(16)
となる。(BD) Ordinary ray diffracted light Kd2 (O
D) has the following relationship. Here IKi, I = 2 yr ni□ / A −
---(@lKa+l=2πnd, /λ...
・(6) 1 to 2L, l=2πf, /ma<(Z) ・
...(7) l Ki21 = 2 yr n, /
λ -------・(a) eI IKd21=2πnd0/λ ・・---(9) 1
, 21=2πf2/"m)-=(10).ni□, n-tech. are θi force direction ordinary ray, extraordinary ray refractive index, "do is θ4. The extraordinary ray refractive index of the direction, n,. is θ, the ordinary ray refractive index in two directions, f, f2 are the ultrasonic frequencies,
-) is the propagation speed of the ultrasonic wave in the α direction, and is...(12) -(1S). f,, f' is the law of conservation of momentum (31, (4)
When the formula holds true,...(16)...(16).
同一周波数の横波超音波により回折する条件は(16)
、(16)式よシ、
となる。The conditions for diffraction by transverse ultrasonic waves of the same frequency are (16)
, (16), it becomes.
作用
第1図かられかるように、これはl’、、l==11m
、21を意味し、光波長帯域でのno、n、、δの分散
を考慮してαとθiとの組合せを求めることによシ近似
的な解が得られる。そして、この条件を満たすαとθi
のとき、同一周波数の横波超音波により入射した同一波
長の常光線及び異常光線は同時に回折されることになる
。しだがって、自然偏光状態の一般的な入射光も、上記
両光線を同時に利用することができる。As can be seen from Figure 1, this is l', , l==11m
, 21, and an approximate solution can be obtained by finding the combination of α and θi in consideration of the dispersion of no, n, , δ in the optical wavelength band. Then, α and θi that satisfy this condition
In this case, ordinary rays and extraordinary rays of the same wavelength incident on the transverse ultrasonic wave of the same frequency will be diffracted at the same time. Therefore, both of the above-mentioned light rays can be used simultaneously even for general incident light in a naturally polarized state.
実施例
以下、本発明の一実施例を図面によって説明する。第2
図は本発明の一実施例を示す基本構成図である。1は二
酸化テルル結晶であシ、光入射面は(110)軸からθ
i傾斜している。図に示した偏光面の光がこの面にほぼ
垂直に大斜され、回折が生じないときは透過光xoとな
って8射する。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. Second
The figure is a basic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 1 is a tellurium dioxide crystal, and the light incidence plane is θ from the (110) axis.
iIt is tilted. When the light having the polarization plane shown in the figure is tilted substantially perpendicularly to this plane and no diffraction occurs, it becomes transmitted light xo and is emitted.
(001)軸からα傾斜した面にはトランスジューサ2
が接着されている。このトランスジューサ2にはニオブ
酸リチウムのX板などが用いられる。There is a transducer 2 on the surface tilted α from the (001) axis.
is glued. For this transducer 2, an X-plate made of lithium niobate or the like is used.
また、接着にはインジウムやスズなどが適している。そ
して、高周波発振器3からの電気信号はトランスジュー
サ2により超晋波信号となって結晶1中を伝搬する。こ
のとき、波面傾斜角αの超音波は結晶1の異方性のだめ
軸から大きく傾斜して伝搬する。そして、入射光は超音
波の周波数に応じて選択的に回折され、常光線は偏光面
が90度回転した異常光線のフィルタ光重、として、異
常光線は常光線のフィルタ光重、としてそれぞれ出射す
る。Furthermore, indium, tin, etc. are suitable for adhesion. The electrical signal from the high frequency oscillator 3 is turned into a super high frequency signal by the transducer 2 and propagated through the crystal 1. At this time, the ultrasonic wave having the wavefront inclination angle α propagates with a large inclination from the anisotropic axis of the crystal 1. Then, the incident light is selectively diffracted according to the frequency of the ultrasonic wave, and the ordinary ray is output as the filter light weight of the extraordinary ray whose polarization plane has been rotated by 90 degrees, and the extraordinary ray is output as the filter light weight of the ordinary ray. do.
第3図は本発明の一実施例の同調特性であシ、光入射角
θ工が20.2度、波面傾斜角αが9.1度の場合の光
波長1〜3μmに対する周波数特性である。この場合、
常光線に対する周波数特性と異常光線に対する周波数特
性とが全波長範囲でほぼ一致し、同一波長の光がフィル
タ光11. I2となって出射する。この出射光I、
、 I2は、それぞれを光検出器で受けて使用すること
もでき、また光ファイバを利用するなどして一つに集め
て使用することもできる。Figure 3 shows the tuning characteristics of an embodiment of the present invention, and shows the frequency characteristics for a light wavelength of 1 to 3 μm when the light incident angle θ is 20.2 degrees and the wavefront inclination angle α is 9.1 degrees. . in this case,
The frequency characteristics for ordinary rays and the frequency characteristics for extraordinary rays are almost the same over the entire wavelength range, and light of the same wavelength is filtered light 11. It becomes I2 and emits. This emitted light I,
, I2 can be used by being received by a photodetector, or can be collected into one by using an optical fiber.
第4図、第5図は従来例であり、それぞれ光入射角θi
が20.2度、波面傾斜角αが8.0度の場合と、θ、
が20.2度、αが10.0度の場合である。第4図、
第5図において、常光線に対する周波数特性を破線、異
常光線に対する周波数特性を実線でそれぞれ示している
。これらの例では、同一波長の入射光は異なる周波数の
超音波で回折する。例えば、2μmの波長の入射光は常
光線と異常光線とで0.5〜IM)(z異なる周波数で
同調される。また、同一周波数の超音波では、0.1μ
m程度離れた光が回折されてしまうことになる。Figures 4 and 5 show conventional examples, each with a light incident angle θi
is 20.2 degrees and the wavefront inclination angle α is 8.0 degrees, and θ,
is 20.2 degrees and α is 10.0 degrees. Figure 4,
In FIG. 5, the frequency characteristics for ordinary rays are shown by broken lines, and the frequency characteristics for extraordinary rays are shown by solid lines. In these examples, incident light of the same wavelength will be diffracted by ultrasound waves of different frequencies. For example, incident light with a wavelength of 2 μm is tuned at 0.5 to IM) (z different frequencies for the ordinary ray and extraordinary ray. Also, for ultrasonic waves with the same frequency, the wavelength is 0.1 μm).
Light that is about m away will be diffracted.
発明の効果
このように、本発明の音響光学フィルタは、二酸化テル
ル結晶とこの二酸化テルル結晶に横波超音波を導入する
トランスジューサを備え、結晶軸に対し特定の条件を満
たす方位に光入射角と横波超音波の波面を設定し、同一
角度で入射した同一波長の常光線及び異常光線が、同一
周波数の上記横波超音波によシ回折し、同一波長の常光
線及び異常光線は同時に回折されることになる。したが
って、自然偏光状態の一般的な入射光も、上記両光線を
同時に利用することができる。Effects of the Invention As described above, the acousto-optic filter of the present invention includes a tellurium dioxide crystal and a transducer that introduces transverse ultrasonic waves into the tellurium dioxide crystal, and adjusts the incident angle of light and the transverse wave in a direction that satisfies specific conditions with respect to the crystal axis. The ultrasonic wavefront is set so that the ordinary and extraordinary rays of the same wavelength that are incident at the same angle are diffracted by the transverse ultrasonic wave of the same frequency, and the ordinary and extraordinary rays of the same wavelength are diffracted at the same time. become. Therefore, both of the above-mentioned light rays can be used simultaneously even for general incident light in a naturally polarized state.
第1図は本発明を説明するだめの二酸化テA/lv結晶
の波数ベクトル図、第2図は本発明による音響光学フィ
ルタの一実施例を示す基本構成図、第3図はその同調特
性を示す図、第4図、第6図は従来例の同調特性を示す
図である。
1・・・・・・二酸化テルルu 晶、2・・・・・・ト
ランスジューサ、3・・・・・・高周波発振器。
代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明ほか2名濶k
+’mlぺ4ヒ
第3図
趨音涙周涙鉦 (MHz)
第4図Fig. 1 is a wave number vector diagram of a TeA/lv dioxide crystal used to explain the present invention, Fig. 2 is a basic configuration diagram showing an embodiment of an acousto-optic filter according to the present invention, and Fig. 3 shows its tuning characteristics. The figures shown in FIGS. 4 and 6 are diagrams showing the tuning characteristics of the conventional example. 1... Tellurium dioxide U crystal, 2... Transducer, 3... High frequency oscillator. Name of agent: Patent attorney Akira Okaji and two others
+'ml pe4hi Fig. 3 趨音 动子旭铦 (MHz) Fig. 4
Claims (1)
を流入するトランスジューサを備え、結晶軸に対し特定
の条件を満たす方位に光入射角と上記横波超音波の波面
を設定し、同一角度で入射した同一波長の常光線及び異
常光線が、同一周波数の上記横波超音波により回折する
ことを特徴とする遠軸異方ブラッグ回折現象を利用した
音響光学フィルタ。It is equipped with a tellurium dioxide crystal and a transducer that injects transverse ultrasonic waves into the tellurium dioxide crystal, and the incident angle of light and the wavefront of the transverse ultrasonic waves are set in a direction that satisfies specific conditions with respect to the crystal axis. An acousto-optic filter utilizing a far-axis anisotropic Bragg diffraction phenomenon, characterized in that ordinary rays and extraordinary rays of a wavelength are diffracted by the transverse ultrasonic wave of the same frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30194190A JP3151827B2 (en) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | Acousto-optic filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30194190A JP3151827B2 (en) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | Acousto-optic filter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172420A true JPH04172420A (en) | 1992-06-19 |
| JP3151827B2 JP3151827B2 (en) | 2001-04-03 |
Family
ID=17902956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30194190A Expired - Fee Related JP3151827B2 (en) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | Acousto-optic filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3151827B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0851267A3 (en) * | 1996-12-25 | 1999-01-13 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Acousto-optic tunable filter |
| EP0851268A3 (en) * | 1996-12-25 | 1999-01-13 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Acousto-optic tunable filter |
| JP2016529563A (en) * | 2013-09-03 | 2016-09-23 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | Microscope with acousto-optic device |
| JP2016532904A (en) * | 2013-09-03 | 2016-10-20 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | Microscope and acousto-optic beam combiner for microscope |
-
1990
- 1990-11-06 JP JP30194190A patent/JP3151827B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0851267A3 (en) * | 1996-12-25 | 1999-01-13 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Acousto-optic tunable filter |
| EP0851268A3 (en) * | 1996-12-25 | 1999-01-13 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Acousto-optic tunable filter |
| US5973822A (en) * | 1996-12-25 | 1999-10-26 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Acousto-optic tunable filter and method of calculating its equivalence incident angle |
| JP2016529563A (en) * | 2013-09-03 | 2016-09-23 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | Microscope with acousto-optic device |
| JP2016532904A (en) * | 2013-09-03 | 2016-10-20 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | Microscope and acousto-optic beam combiner for microscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3151827B2 (en) | 2001-04-03 |
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