СЕНСОРЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР ОКСИДА ЦИНКА НА ПОДЛОЖКАХ НИОБАТА ЛИТИЯ

The original construction is developed of a sensor for ultraviolet (UV) radiation on the basis of mono-crystalline nanostructures of zinc oxide on lithium niobate substrates using a SAW resonator with an apodized pin transformer and a reverse multistrip coupler. As a layer sensitive to UV radiation the hydrothermally grown structures based on ZnO and ZnO: Al nanorods have been proposed. It is established that the both types possess high selectivity in the UV spectral region. It is shown that the frequency shift for a sensor modified with ZNO nanorods amounts to approximately 140 kHz, and for a sensor modified with ZNO nanorods with alloyed aluminum – approximately 110 kHz at an intensity of UV radiation of 46 mkW/ cm2. The manufactured UV radiation sensors based on SAW have demonstrated good technological reproducibility, high mechanical stability, and full recovery of frequency parameters of the resonator. The value is calculated, which characterizes the square of the coefficient of electromechanical connection of lithium niobate 128 of YX-cut modified by the structure of ZnO nanorods in the process of ultraviolet radiation treatment.Разработана оригинальная конструкция сенсора для ультрафиолетового (УФ) излучения на основе монокристаллических наноструктур оксида цинка на подложках ниобата лития с использованием ПАВ резонатора с аподизованным штыревым преобразователем и реверсивным многополосковым ответвителем. В качестве чувствительного к УФ излучению слоя были предложены выращенные гидротермальным методом структуры на основе наностержней ZnO и ZnO:Al. Установлено, что структуры обоих типов обладают высокой селективностью в УФ области спектра. Показано, что сдвиг частоты для сенсора, модифицированного наностержнями ZnO, составляет около 140 кГц, а для сенсора, модифицированного наностержнями ZnO с легированием алюминием, – около 110 кГц при интенсивности УФ излучения 46 мкВт/см2. Изготовленные сенсоры УФ излучения на ПАВ продемонстрировали хорошую технологическую воспроизводимость, высокую механическую стойкость и полное восстановление частотных параметров резонатора. Рассчитана величина, характеризующая квадрат коэффициента электромеханической связи ниобата лития 128°YX-среза, модифицированного структурой наностержней ZnO, в процессе облучения ультрафиолетовым излучением

Световые пучки бесселева типа, формируемые двухкомпонентной схемой из аксикона и сферической линзы

The combination in an optical scheme of rather different elements such as axicons and spherical lenses allows forming light fields that differ by a variety of properties. The simplest example of such a scheme consists of an axicon and a spherical lens spatially separated from it. Though this scheme was investigated earlier, the region of so-called secondary focusing located behind the well-known annular focus has not been studied yet. In this paper, the analytical and numerical analysis of a light field in the region of secondary focusing is conducted. The boundaries of this region are determined, and the longitudinal and transverse distribution of the light intensity is calculated. It is shown that the near field region of secondary focusing is formed in the regime of abrupt autofocusing of the annular field. It is established that in a general case the transverse intensity distribution in the far field region is a superposition of an annular field and an oscillating axialtype field. The distance between the axicon and the lens is determined when the annular component of the field practically disappears. It is shown that in this case the light field in the region of the secondary focusing is a locally Bessel light beam. The peculiarity of this beam is that its cone angle depends on the longitudinal component, namely, decreases in inverse proportion while the distance z increases. The important feature of such z-dependent Bessel beams is the absence of their transformation into annular fields, as it occurs for ordinary Bessel or Bessel-Gaussian beams in the far field region. This opens the prospect for application of z-dependent Bessel beams for optical communication in free space and remote probing, which is why such beams are perspective for application in different systems of remote probing.Совмещение в оптической схеме сильно различающихся элементов, таких как аксиконы и сферические линзы, позволяет формировать световые поля, которые отличаются многообразием свойств. Простейший пример такой схемы состоит из аксикона и пространственно разнесенной сферической линзы. Хотя данная схема исследовалась ранее, однако неизученной остается область так называемой вторичной фокусировки, расположенная за хорошо известным кольцевым фокусом. В работе проведен аналитический и численный расчеты светового поля в области вторичной фокусировки. Определены границы этой области и рассчитано продольное и поперечное распределение интенсивности света. Показано, что ближняя зона области вторичной фокусировки формируется в режиме скачкообразной автофокусировки кольцевого поля. Установлено, что поперечное распределение интенсивности в дальней зоне является в общем случае суперпозицией кольцевого поля и осциллирующего поля осевого типа. Определено расстояние между аксиконом и линзой, когда кольцевая компонента поля практически исчезает. Показано, что в этом случае световое поле в области вторичной фокусировки является локально бесселевым световым пучком. Особенность этого пучка заключается в том, что его угол конуса зависит от продольной координаты, а именно, уменьшается обратно пропорционально расстоянию z от начала области. Важным свойством таких z-зависящих бесселевых пучков является отсутствие их трансформации в кольцевые поля, как это происходит для традиционных бесселевых или Бессель-гауссовых пучков в дальней зоне. Это открывает перспективу использования z-зависящих бесселевых пучков для целей оптической связи в свободном пространстве и дистанционного зондирования

КОЛЛИНЕАРНОЕ АКУСТООПТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕССЕЛЕВЫХ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ В ДВУОСНЫХ КРИСТАЛЛАХ

The collinear acousto-optic transformation of Bessel light beams into two ring beams of internal conical refraction has been considered. Using the Fourier transformation method, the expressions for power flows of ring diffracted beams of internal conical refraction are found in closed form. For a potassium biftalate crystal, the dependence of the diffraction efficiency on the ultrasound intensity and interaction durability is calculated. Based on this interaction, the creation of collinear convertible AO filters with a narrow width of a transmission band of about 0.1 is proposed. Рассмотрено коллинеарное акустооптическое преобразование бесселевых световых пучков в два кольцевых пучка внутренней конической рефракции. С использованием метода преобразования Фурье найдены выражения для потоков мощности дифрагированных кольцевых пучков внутренней конической рефракции в замкнутой форме. Для кристалла бифталата калия произведен расчет зависимости эффективности дифракции от интенсивности ультразвука и длины взаимодействия. На основе данного взаимодействия предложено создание коллинеарных перестраиваемых АО фильтров с узкой шириной полосы пропускания, достигающей 0,1 Å.

Effect of Incoherent Illumination on Two-Beam Interaction of Light Waves in a Bismuth Titanate Crystal

Experimental investigations and theoretical analysis of the effect of external illumination on the dynamics of formation of photorefractive reflection gratings in a (100)-cut bismuth titanate crystal showed that, in the case of counter interaction of laser beams with a wavelength of 633 nm, incoherent green light may cause a change in the sign of the two-beam gain

Формирование бесселевых световых пучков на больших расстояниях из кольцевых полей

In this work, the process of transformation of an annular beam in a Bessel-like field due to diffraction during propagation in a free space over long distances and due to the focusing effect is investigated. A number of models of annular fields are considered, including an analytical model in the form of a polynomial function in a bounded region of space, as well as an experimentally implemented model based on a scheme with two axicons. A comparison is made of the transverse and longitudinal intensity distributions for these models, and a high degree of stability of the structure of the longitudinal distribution of the axial intensity to a change in the model of the annular field is found. This distribution is characterized by the presence of an intense maximum with an asymmetric profile, the appearance of which is not connected with lens focusing. In the initial region of the pointed maximum, the process of formation of a Bessel beam from an annular beam arises, and a sharp increase in intensity takes place. It is also established that the focusing of an annular field at large distances essentially differs from focusing at short distances. In the case of large distances, the increase of the axial intensity does not take place in the vicinity of the focal plane, but much closer to the transmitter, and here the great increase of intensity caused by direct focusing is not identified. The transverse profile of a Bessel-like beam is calculated at large distances. It is shown that this profile is characterized by a small number of lateral rings, and the axial maximum and the first ring contain more than 90% of the light power. The problem of generation of a model annular field by a Fourier-type resonator with a special transparency mirror is considered.Исследован процесс трансформации кольцевого пучка в поле бесселева типа за счет дифракции при распространении в свободном пространстве на большие расстояния и вследствие эффекта фокусировки. Рассмотрен ряд моделей кольцевых полей, включая аналитическую модель в виде полиномиальной функции в ограниченной области пространства, а также экспериментально реализуемую модель на основе схемы с двумя аксиконами. Проведено сравнение поперечного и продольного распределений интенсивности для этих моделей и обнаружена высокая степень устойчивости структуры продольного распределения осевой интенсивности к изменению модели кольцевого поля. Данное продольное распределение характеризуется наличием интенсивного максимума с несимметричным профилем, появление которого не связано с линзовой фокусировкой. В начальной области указанного максимума зарождается процесс формирования бесселева пучка из кольцевого и имеет место резкое увеличение интенсивности. Обнаружено также, что фокусировка кольцевого поля на большие расстояния существенно отличается от фокусировки на короткие расстояния. В случае больших расстояний рост осевой интенсивности имеет место не в окрестности фокальной плоскости, а значительно ближе к излучателю, причем выброс интенсивности, вызванный непосредственно фокусировкой, не идентифицируется. Рассчитан поперечный профиль пучка бесселева типа на больших расстояниях. Показано, что этот профиль характеризуется малым числом боковых колец, а в осевом максимуме и первом кольце содержится более 90 % световой мощности. Рассмотрена проблема генерации модельного кольцевого поля резонатором Фурье-типа со специальным зеркалом-транспарантом

ПОДАВЛЕНИЕ СПЕКЛОВ КВАЗИСПИРАЛЬНЫМ 2D-ДИФРАКЦИОННЫМ ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ НА ОСНОВЕ БИНАРНОЙ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ М-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

The method based on suppressing speckle noise by a rotating quasi-spiral 2D diffractive optical element (DEO) created using binary pseudo-random sequences is presented. The unique DOE structure for the case of M-sequence code15 inlength was fabricated. Speckle suppression for green, purple, and red lasers by a factor more than 11.6 and 4, respectively, was obtained. Numerical simulations have shown that strong dispersion of photoresist (DOE structure medium) results in a significant decrease of the efficiency of the method on the borders of the visible range of electromagnetic radiation, and the use of material with anomalous dispersion can significantly improve the parameters of suppression of speckles on the borders of the visible range of wavelengths.Предложен метод подавления спеклов на основе вращающегося квазиспирального 2D-дифракционного оптического элемента (ДОЭ), созданного на основе бинарных псевдослучайных последовательностей. Изготовлена уникальная 2D-структура такого ДОЭ для случая М-последовательности с длиной кода 15. Получено подавления спеклов более чем в 11, 6 и 4 раза для зеленого, фиолетового и красного излучения лазеров соответственно. Проведенное численное моделирование показало, что дисперсия фоторезиста, из которого выполнена структура ДОЭ, приводит к значительному ослаблению эффективности метода на границе видимого диапазона и применение материала с аномальной дисперсией может существенно улучшить параметры подавления спеклов на границах видимого диапазона длин волн.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДВУМЕРНЫХ КВАЗИБЕЗДИФРАКЦИОННЫХ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ ПРИ АКУСТООПТИЧЕСКОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ

Participants of shape transformation of two-dimensional nearly absent-diffracted (cosine-supergaussian) light beams under Braggs diffraction by ultrasonic waves in iniaxial gyrotropic crystals are investigated. It is shown that at diffraction of such light beams travelling in the vicinity of the crystal optical axis on a slow shear ultrasonic wave under the conditions of a strong acoustooptical interaction, light beams experience a significant deformation of the intensity distribution in the beam cross section. At large widths of a supergaussian component of an incident beam, the shape of a diffracted beam remains underchanged. It is stated that the diffraction efficiency weakly depends on the width of the supergaussian component of the cosine-supergaussian beam.Исследованы особенности преобразований формы двумерных квазибездифракционных (косинус-супергауссовых) световых пучков при брэгговской дифракции на ультразвуковых волнах в одноосных гиротропных кристаллах. Показано, что при дифракции таких световых пучков, распространяющихся вблизи оптической оси кристалла на медленной сдвиговой УЗ-волне в условиях сильного акустооптического взаимодействия, дифрагированные световые пучки испытывают существенную деформацию распределения интенсивности в поперечном сечении пучка. При больших ширинах супергауссовой составляющей падающего пучка форма дифрагированного пучка остается неизменной. Установлено, что эффективность дифракции слабо зависит от ширины супергауссовой составляющей косинус-супергауссового пучка