[其他]一种改进的声光调谐滤光器

说明书

本发明涉及声光调谐滤光器。本发明的改进的声光调谐滤光器具有改善的结构，当声光调谐滤光器工作在波长扫描模式时，该结构使分辨率的降低最小。

声光滤光器这一术语指的是这种事实，即在某些双折射光学材料中，作为e-光或O-光传播的一束光，可以在确定的条件下，通过与在同一介质中传播的声波的相互作用和衍射，分别转换成O-光和e-光。两种转换同时发生。这种现象已经用在生产其峰值透射波长可以通过适当选择声波频率来选择的窄带光学滤光器中。这种滤光器利用在选定的氧化物材料中共线传播的声波和光束，已经典型地工作在可见光谱区。人们还知道，为了得到同样的声光窄带滤波，可以把声波与光束非共线地射入声介质中。

在美国专利NO.3，792，287的说明书中叙述了新的、效率高的声光材料，诸如铊-砷-硒化物的研究，美国专利NO.3，929，970的说明书叙述了铊-磷-硒化物，美国专利NO.3，799，659的说明书叙述了铊-砷-硫化物。

声光调谐滤光器已经使用在可以用来分析各种各样工业生产过程的反应生成物的分析仪器中。声光调谐滤光器也可用在与主机联机的多功能分析仪中，在化学和石油工业中很需要这种分析仪作为过程分析仪，使工艺过程控制系统工作方便。在美国专利NO，4，490，845的说明书中讲述了含有声光器件的系统的一个例子。它讲述一个自动化的声光调谐滤光器红外分析仪系统，在此系统中，由预先确定的射频频率信号有选择地调谐一个窄带通声光调谐滤光器，使对应于要识别和分析的一种人们感兴趣的特定分子种类的窄带通有选择地透过。上述分析仪系统在国际光学工程学会的SPIE会刊第268卷，第160～166页“自动化声光调谐滤光器（AOTF）红外分析仪”中有更详细的表述，本文把它做为参考。

声光调谐滤光器（AOTF）是一种可以起光谱仪或单色仪作用的装置。AOTF是这样一种装置，在这种装置中声波与特殊类型和取向的晶体内的光相互作用。该相互作用具体是，用给定频率的射频能量激励附装的换能器而产生的给定波长的声波，和给定波长的光相互作用。如果窄带光入射到AOTF上，则可以通过用适当频率激励换能器，使一个窄波长范围的光与声波相互作用或衍射。在AOTF工作期间，声波从安装在晶体一个表面上的换能器发出。声波在晶体中传播并碰到与换能器相对的面。当用固定射频驱动频率即固定声波长的连续波使AOTF工作时，来自与换能器相对的晶体侧面的声反射不会在AOTF的作用中带来问题。反射波同样能够产生入射光的衍射。因为反射波的波长与换能器产生的声波波长相同，由反射产生的衍射光具有相同的波长，所以不会发生分辨率损耗或波长扩展。

然而，在某些应用中，希望把频率扫描射频驱动施加在换能器上。这种应用产生衍射光的波长扫描。自然会发生一些分辨率的损耗，其中，一个以上的声波长存在于晶体内的光学孔径中，造成一个以上波长光的分辨率的衍射。然而，当第一次和随后的反射通过光路时，甚至会发生分辨率的更严重的损耗。这些反射代表在时间上产生得早得多的声波，因此处于波长移动得更远的扫描模式中。因此，衍射产生的光波长的总展宽更大，而且波长分辨率变差。已经提出建议，在与换能器面相对的晶体面安装一个声吸收器以衰减声波反射。在实践上，声吸收器难于加工，它们不够完善，总有一些声波被反射，导致晶体性能降低。

一个目的是为声光调谐滤光器提供一种结构，当其工作在波长扫描模式时，该结构使分辨率的降低最小。

另一个目的是提供一种理想地适用于频率扫描射频驱动工作模式的声光调谐滤光器。

还有另一个目的是提供一种具有改善结构的AOTF，当其用在声光调谐滤光器系统中时，有利于增加负载周期。

本发明包括一个下述类型的声光调谐滤光器，其中一个光学调准的声光晶体（13）具有一个光学输入面（15）和一个光学输出面（17），一束光相对于晶体光轴以一预定角度通过该晶体，一个适于与射频能源相连接的声换能器装置（21）安装在声光晶体的第一个面上，以使声波输入到该晶体中，通过该晶体的光的一个选定的带宽部分通过衍射与作为入射声波频率函数的其余的光区别开，其特征在于，与其上安装该换能器装置的所述的第一个面相对的该声光晶体的第二个面（23），这个第二个面与所述的第一个面不平行，使输入到该声光晶体中的声波被所述的不平行的第二个面所反射，以致于由此反射的声波使通过该晶体的光产生最小的衍射。