Сканирующие системы

Важную группу устройств управления световыми пучками образуют сканирующие системы, которые меняют пространственное положение лазерного пучка. Наиболее простыми и используемыми являются электромеханические сканирующие устройства, в которых направление пучка меняется с помощью зеркальных гальванометров или зеркал, положение которых меняется с помощью электродвигателей. Недостатком этих методов является ограничение по скорости сканирования, обусловленные инерционностью перемещаемых элементов.

Меньшей инерционностью, а значит, большим быстродействием обладают немеханические — рефракционные и дифракционные — методы сканирования. Основное достоинство этих методов — отсутствие движущихся частей, что обеспечивает потенциально более высокую управляемость режимом сканирования и функциональную гибкость.

Угол отклонения луча не является инвариантной характеристикой сканирующей ячейки. Работу ячейки однозначно характеризует разрешение , определяемое как отношение максимального угла сканирования к углу дифракционной расходимости пучка:

, (13.22)

где — сечение пучка в направлении сканирования, — показатель преломления среды.

Простейшей рефракционной сканирующей системой является призма, вырезанная из электрооптического материала. Максимальное разрешение такой ячейки (l — длина основания призмы). Применяя набор параллельно расположенных призм, можно увеличить разрешение.

Для сканирования может быть использовано искривление траектории распространения пучка света в пространственно неоднородной среде с градиентом показателя преломления. Такой градиент может быть создан любым из описанных выше методов (например, в электрооптической среде, находящейся в неоднородном электрическом поле; в упругооптической среде при пропускании лазерного пучка через узел стоячей акустической волны и т.п.).

Особый интерес представляют дискретные переключатели световых пучков, элементарным представителем которых является поляризационная ячейка, у которой выходной поляризатор заменен двулучепреломляющей пластинкой [2]. Если расположить один за другим переключателей, удваивая толщину двулучепреломляющей пластинки каждого следующего переключателя относительно толщины предыдущего, получим систему для дискретного отклонения пучка в позиций. Управляющими сигналами в такой системе являются напряжения, принимающие фиксированные значения 0 или . На рисунке 13.7 приведен пример трехкаскадной системы дискретного переключения пучка в 8 позиций.