Науково-Навчальний Центр Інноваційних Технологій
та НаноІнженеріїї (ННЦ ІТНІ)

ДБ/Модулятор

Назва

Розробка нового покоління високоефективних акустооптичних модуляторів на стоячих акустичних хвилях.

Зміст проекту

Проблема, на вирішення якої було спрямовано дослідження:

Основною проблемою, яку заплановано вирішити в пропонованому проекті, є низка принципових недоліків сучасних АО-модуляторів, а саме, велике затухання акустичних хвиль на частотах ~1 ГГц і вище, малі коефіцієнти АО-якості і, відповідно, великі керуючі потужності ~10 Вт, висока температурна нестабільність модуляторів і їх низька променева стійкість. Тому пошук ефективних акустооптичних матеріалів з великою акустооптичною ефективністю і, відповідно, малими потужностями керуючих електричних сигналів, малим загасанням акустичної хвилі та великою променевою стійкістю до потужного лазерного випромінювання є актуальним сучасним завданням.

Об'єкт і предмет дослідження:

Об’єктом дослідження проекту є високоякісні кристали тетраборату літію (Li2B4O7) та вольфрамату кальцію (CaWO4), які можуть бути позбавлені недоліків, перерахованих в п. 1.1. Заплановано також розгляд новітніх матеріалів з періодичною в об’ємі зразка зміною показника заломлення (період зміни 30-50 мкм) з високою АО-ефективністю. Предметом дослідження проекту є індуковані оптичні та квазіоптичні ефекти вибраних матеріалів, просторова анізотропія вказаних ефектів і характеристики ефективних світлозвукопроводів (АО-комірок), виготовлених з цих матеріалів.

Мета і основні завдання дослідження:

Основною метою проекту є розробка акустооптичних модуляторів нового покоління з високими експлуатаційними характеристиками, такими як: 1) малі споживані потужності ~0,1 Вт, 2) висока температурна стабільність без використання засобів термостабілізації, 3) висока променева стійкість ~30 ГВт/см2 (для модуляції оптичних променів великої потужності), 4) високі робочі частоти модуляторів (16 ГГц). Для досягнення мети необхідно виконати такі завдання: 1) вибрати ефективні акустооптичні матеріали, які задовільнятимуть заданим експлуатаційним характеристикам; 2) для вибраних матеріалів виміряти всі параметри, необхідні для перевірки їх експлуатаційних характеристик та встановлення максимальної АО ефективності, 3) методом вказівних чи екстремальних поверхонь, розробленим авторами проекту, знайти геометрії з максимальною фотопружною та акустооптичною взаємодією, 4) виготовити світлозвукопроводи (АО-комірки) оптимізованої геометрії з вибраних матеріалів та експериментально підтвердити їх високу акустооптичну ефективність та відповідність заданим експлуатаційним характеристикам.

Головні результати

  1. Були модернізовані установки для експериментальних вимірювань необхідних параметрів в кристалах різних класів симетрії, а саме: 1) інтерферометрична, 2) установка за схемою Діксона-Коуена, 3) установка для визначення швидкості акустичних хвиль. Виготовлені необхідні зразки вибраних акустооптичних матеріалів, а саме: ТГС, ХГГС; виготовлено також АО комірки з CaWO4.
  2. Заповнено матриці п’єзо- і пружно- оптичних коефіцієнтів вибраних кристалів Li2B4O7, ТГС-ТГС+Cr, склокерамічного ХГГС-композиту, досліджена дифракційна фотопружність кристалів ЛГС, проведено 3D аналіз анізотропії ефектів фотопружності.
  3. На основі досліджених ефективних акустооптичних кристалів вольфрамату кальцію та тетраборату літію виготовлені лабораторні макети світлозвукопроводів. Отримані позитивні результати їх тестових випробувань.

Оригінальність та інноваційні аспекти

За матеріалами проекту були зроблені усні та стендові доповіді на міжнародних конференціях

Публікації

В рамках виконаного проекту надруковано науково-технічні статті:

  1. Buryy O., Andrushchak N., Ratych A., Demyanyshyn N., Mytsyk B., Andru-shchak A. Global maxima for the acousto-optic effect in SrB4O7 crystals // Applied Optics. – 2017. –V. 56, No. 7. – P. 1839-1845 https://doi.org/10.1364/AO.56.001839
  2. Andrushchak A., Buryy O., Andrushchak N., Hotra Z., Sushynskyi O., Singh G., Janyani V., Kityk I. General method of extreme surfaces for geometry optimization of the linear electro-optic effect on example of LiNbO3:MgO crystal // Applied Optics.– 2017. –V. 56, No. 22. – P. 6255-6262 https://doi.org/10.1364/AO.56.006255
  3. Mytsyk B., Shpotyuk O., Demyanyshyn N., Kost Y., Calvez L., Andrushchak A. Photoelastic and acousto-optic efficiency of 65GeS2-25Ga2S3-10CsCl chalcohalide glass // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2018. – V.481. – P. 160-163 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.10.036
  4. Andrushchak A.S, Buryy O.A., Demyanyshyn N.M., Hotra Z.Yu., Mytsyk B.G. Global maxima for the acousto-optic effect in CaWO4 crystals // Acta Physica Polonica A. – 2018. – 133(4). – P. 928-932 10.12693/APhys PolA.133.928
  5. Mytsyk B., Stadnyk V., Demyanyshyn N., Kost Ya., and Shchepanskyi P. Photoelasticity of ammonium sulfate crystals // Optical Materials. – 2019. – V 88. – P. 723-728 10.1016/j.optmat.2018.12.005
  6. Buryy O., Andrushchak N., Demyanyshyn N., and Andrushchak A. Determination of acousto-optical effect maxima for optically isotropic crystalline material on the example of GaP cubic crystal // Journal of the Optical Society of America B . –2019. – V. 36, N8. – pp. 2023-2029. https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.002023
  7. Mytsyk B.G., Andrushchak A.S., Vynnyk D.M., Demyanyshyn N.M., Kost Ya.P., Kityk A.V. Characterization of Photoelastic Materials by Combined Mach-Zehnder and Conoscopic Interferometry: Application to Tetragonal Lithium Tetraborate Crystals // Optics and Lasers in Engineering. – 2020. – V. 127. – pp.105991(1-8) https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.105991