Акустооптический визуализатор

Акустооптический визуализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ВИЗУАЛИЗАTOP , содержащий изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка и систему обработки дифрагированного оптического волнового поля, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества изображения, акустооптическая ячейка выполнена в виде конического акустического зеркала и акустопрозрачного плоского оптического зеркала, расположенного под углом oL к оси конического зеркала, система формирования оптического пучка выполнена осесимметричной и расположена таким образом, что фокус системы формирования оптического пучка расположен в вершине конуса акустического зеркала, система обработки дифрагированного от тического волнового поля вьшолнена осесимметричной и расположена так, что ее ось образует с осью конического зеркала угол 2ot, причем угол 9 ртскрьюа ; конического акустического зеркала выбраниз условия г 0 90° ± arcsin (Л/2Л), где Л - длина волны света в материале акустооптической ячейки; Л - длина акустической волны в материале акустооптической ячейки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUWINI

РЕСПУБЛИК (1% 00

3(Я) 01 N 29 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОтИРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ н ввтонснонн свнсвтввствт (21) 3623952/25 — 28 (22) 13.07.83 (46) 30.09.84. Бюл. Р 36 (72) 10. А. Зюрюкин и M. И. Старшин (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н. Г, Чернышевского (53) 620.179.16 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании. и 1443443, кл. Н 4 О, 1976.

2. The Journa1 of the Awustica1 Society of

America. Ч. 49, и 3 (part 3), March, 1971, р. 1062 — 1068 (прототип). (54) (57) АКУСТООПТИЧЕСКИИ ВИЗУАЛИЗАТОР, содержащий изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка и систему обработки дифрагированного оптического волнового поля, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества изображения, акустооптическая ячейка выполнена в виде конического акустического зеркала и акустопрозрачного плоского оптического зеркала, расположенного под углом о к оси конического зеркала, система формирования оптического пучка выполнена осесимметричной и расположена таким образом, что фокус системы формирования оптического пучка расположен в вершине конуса акустического зеркала, система обработки дифрагированного оптического волнового поля выполнена осесимметричной и расположена так, что ее ось образует с осью конического зеркала угол 2, причем угол 9 раскрыва;конического акусп<ческого зеркала выбран из условия

8= 90 + arcsin (Л/2A), где Л вЂ” длина волны света в материале акустооптической ячейки;

A — длина акустической волны в материале акустооптической ячейки.

f 1116380

Изобретение относится к области визуализации акустических полей и может быть использовано в ультразвуковой микроосности, методах нераэрушающего контроля и в медицинской диагностике. 5

Известен акустооптический визуализатор, содержащий акустооптическую ячейку, поверхность которой деформируется волнами давления, систему формирования оптического пучка, подающего на деформированную поверхность 10 акустооптической ячейки, и систему обработки отраженного света (1).

Однако данный визуализатор характеризуется недостаточно широкой областью применения, так как затруднено его использование в об- 15 ласти высоких частот вследствие того, что интенсивность отраженного от деформированной поверхности света, несущего информацию об объекте, уменьшается пропорционально квадрату частоты акустических колебаний. 20

Наиболее близким к изобретению является акустооптический визуализатор, содержащий изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка и систему обработки дифрагированного оптического волно-25 вого поля. Причем система формирования оптического пучка и система обработки дифрагированного оптического волнового поля выполнены в виде систем, формирующих клиновидные лучи, и расположены соосно (2).

Известное устройство характеризуется недостаточно высоким качеством иэображения, что вызвано использованием в оптических системах цилиндрических линз, которые, обладая значительной аберрацией, ограничивают область

35 обзора и разрешающую способность, Цель изобретения — улучшение качества изображения за счет достижения высокой разрешающей способности и осевого стигматизма.

Поставленная цель достигается тем, что в

40 акустооптическом визуализаторе, содержащем изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка и систему обработки дифрагированного оптического волнового поля, акустооптическая ячейка выполне 45 на в виде конического акустического зеркала и акустопрозрачного плоского оптического зеркала, расположенного под утлом d к оси конического зеркала, система формирования. оптического пучка выполнена осесимметричной и расположена таким образом, что фокус системы формирования оптического пучка расположен в вершине конуса акустического зеркала, система обработки дифрагированного оптического волнового поля выполнена осесимметричной 55 и расположена так, что ее ось образует с осью кони-.

° ческого зеркала угол 2 ., причем утоп В раскрыва конического акутического зеркала выбран из условия

8 = 90 + arcsin (Л /2Л), геЛ— д — длина волны света в материале акустооптической ячейки; .Л вЂ” длина акустической волны в материале акустооптической ячейки.

На ф фиг. 1 изображен акустооптический визуализатор, общий вид; на фиг, 2 — лучевая диаграмма преобразования акустического волнового поля в оптическое при 8, = 90

-агсЫп(Э/2Л); на фиг, 3 — то же, при 8=

= 90+ arcsin (Л/2Л); . Акустооптический визуализатор содержит изотропную акустооптическую ячейку 1, систему

2 формирования оптического пучка и систему 3 обработки дифрагированного оптического волнового поля. Акустооптическая ячейка 1 вынолнена в виде конического акустического зеркала 4 и акустопрозрачного плоского оптического зеркала 5, расположенного под углом of например, 45 к оси конического зеркала 4. о

В акустооптической ячейке 1 для ввода света выполнено окно 6 со сферической поверхностью, центр кривизны которой совпадает с вершиной конического зеркала 4. Система 2 формирования оптического пучка выполнена осесимметричной и включает источник 7 когерентного света и линзы 8 (или зеркала) и расположена таким образом, что ее ось совладает с осью конического зеркала 4, а фокус — с вершиной конического зеркала 4. Система 3 обработки дифрагированного оптического волнового поля выполнена осесимметричной и включает линзу

9, диафрагму 10 и линзы 11 и расположена таким образом, что ее ось образует с осью конического зеркала 4 угол 2с, например 90О.

Угол 8 раскрыва конического акустического, зеркала 4 выбран из условия

8 = 90 + arcsin(h/2A), где Л вЂ” длина волны света в материале акустооптической ячейки 1;

Л вЂ” длина акустической волны в материале акустооптической ячейки 1.

В ходе работы акустооптическая ячейка находится в акустическом контакте со средой, содержащей исследуемый объект 12, той плоскости, которая расположена напротив конического зеркала 4.

На фиг. 2 и 3 позицией 13 обозначены звуковые лучи, распространяющиеся or исследуемого объекта 12; позицией 14 — оптические лучи, распространяющиеся от системы 2 форми. рования оптического пучка, а позицией 15— дифрагированные оптические лучи.

Акустооптический визуализатор работает следующим образом.

Сферические акустические волны,. распространяясь от исследуемого объекта 12, попадают в акустооптическую ячейку 1. Лалее они сво1!)6380 бодно проходят через акустопрозрачное плоское оптическое зеркало 5, отражаются от конического акустического зеркала 4 и превращаются в тороидальные. Осесимметричная система 2 формирования оптического пучка посредством источника 7 когерентного света и линз 8 (или зеркал) создает световой поток с фокусом в вершине конического зеркала 4, который, не ,нарушая своего стигматизма, проходит в акус. тоонтическую ячейку 1 через окно 6 со сфе- 10 рической поверхностью. Световой поток после взаимодействия с тороидальными акустическими волнами формирует трехмерное изображение объекта равномерно во всех направлениях, уменьшенное в il/Ë раз. Это изображение ново-15 рачивается оптическим зеркалом 5, выходит из акустооптической ячейки 1 вместе с недифрагированной частью светового потока и попадает в систему 3 обработки дифрагнрованного оптического волнового поля. Здесь неднфрагирован- 20 ный свет фокусируется линзой 9 и отфильтровьпвается полевой диафрагмой 10, а изображение исследуемого объекта 12 увеличивается до требуемых размеров линзами 11.

Принцип построения лучевой диаграммы вы- 25 глядит следующим образом (фиг. 2 и 3).

Выберем некторую точку Т исследуемого объекта 12, лежащую на оси конического акустического зеркала 4. Тогда акустические лучи

13, идущие от этой точки и лежащие в плоскости фигур, после отражения от акустического зеркала 4 исходят как бы из точек Т„ и Т . Это означает, что происходит трансформацйя сферической акустической волны в тороидальную. В рамках геометрической оптики условие Брэгга для акустооптического взаимодействия волн принимает вид локального условия пересечения световых и акустических лучей 14 и 13 под брэгговскими углами с образованием дифрагированных лучей 15. Так как угол 8 раскрыва конического акустического зеркала выбран иэ соотношения

8 = 90 + arcsin (Л /2Л), то все дифрагнрованные лучи 15 (нли их продолжения) пройдут через точку Т„(для угла

8*= 90 — arcsin (Л/2Л), что соответствует ,фиг. 2, или точку Т„(для угла 8 = 90 +

+arcsin(h/2Я.), что соответствует фиг. 3, которая

1 является видимым изображением точки Т. Приведенное построение свидетельствует о наличии осевого стигматиэма изображения. Кроме того, численный анализ доказывает,-что при данном выбранном угле 8 качество изображения неосевых точек является наилучшим, так как аберрации при этом минимальны.

Таким образом, предлагаемый акустооптический визуализатор, содержащий изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка н систему обработки дифрагированного оптического волнового поля, позволяет улучшить качество изображения за счет его формирования шнрокоутольнымн, хорошо исправленными по аберрации (стигматическими для осевых точек) пучками дифрагированного света, обеспечивающими предельную для данной длины волны акустических колебаний разрешающую способность, благодаря тому, что оптические системы выполнены осесимметричными, а акустооптнческая ячейка выполнена в виде конического акустического зеркала с утлом 6 раскрыва конуса, выбранным таким образом, что пересечение световых и акустических лучей происходит под брэгговскими чглами.

lll6380

1116380 т, Составитель В. Гондаревский

Техред М.Надь Корректор А. Зимокосов

Редактор М. Петрова

Заказ 6923/36

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5