非共线声光可调谐滤光器(AOTF)偏振光波长的研究

    引言

    非共线声光可调谐滤光器(acousto-optic tunable filters，简称AOTF)是LC.Chang于1974年由提出的，它利用双折射量随角度的变化来补偿因角度变化所引起的动量失配，实现非共线目 的。与传统分光元件相比，非共线型AOTF具有扫描速度快、调谐范围宽、入射光角孔径大等特点，所以在快速扫描光谱分析、远程观测[1]环境污染监测 [2]、多光谱成像技术[[3]等领域得到广泛应用。

    通常AOTF采用e光入射和。光衍射的模式，只利用1级衍射光。但在微弱光信号的光谱测量中，同时采用士1级衍射光，可提高光能量的利用率。在物质成分的 光谱分析中，双波长分光光度分析技术在生化自动化分析中得到了广泛的应用并显示出了光明的发展前景。双波长分光光度法是在传统分光光度法的基础上发展起来 的，它的理论基础是差吸光度和等吸收波长。它与传统分光光度法的不同之处，在于它采用了两个不同的波长即测量波长(又叫主波长λ_p，Primary Wavelength)和参比波长(又叫次波长λ_s，Second Wavelength)同时测定一个样品溶液[a]，以克服单波长测定的缺点，提高了测定结果的精密度和准确度。利用AOTF两级偏振光的波长存在偏差的 特点，以AOTF作为光谱仪的分光器件，可方便地实现双波长光谱分析的目的。本论文着重对两偏振光的波长进行了理论分析和实验验证。

    1理论分析

    1.1   AOTF原理^[5]

    AOTF的基本结构主要由三部分组成:声光介质、电一声换能器阵列和声终端，如图1所示。当射频信号加到换能器上时，激励出超声波并祸合到声光介质。当自 然光以一定的入射角入射到该声光介质时，因声光互作用，入射光被衍射成两束正交的线偏振光，即o光和e光;改变超声波频率，两偏振光波长也将相应改变。

    根据非共线AOTF原理，非共线衍射光是在满足非临界相位匹配条件的前提下获得，此时入射光波矢量(k_i)和衍射光波矢量(k_d)与折射率曲面的交点处的曲面切平面是相互平行的。图2描述了非同向声光互作用下的波矢量与晶体光轴的关系，声光介质为单轴晶体TeO₂ 。k_io、k_ie分别表示o光和e光以角度θ_i伏入射的波矢量，与声波矢量相互作用，产生两级衍射光k_de、k_do。

    根据动量匹配条件，对入射光e光，衍射光o光有矢量方程:

式中:B_aco是超声波与晶体光轴的夹角;θ_i.是入射光与晶体光轴的夹角;θ_do是衍射光o光与晶体光轴的夹角。

    由介质的折射率曲面(如图1)可知，入射光e光的折射率nie和衍射光o光的折射率n_do、。分别表示为: