Способ коррекции угла брэгга в ультразвуковых дефлекторах светового луча

Способ коррекции угла брэгга в ультразвуковых дефлекторах светового луча

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 744422

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ay— (22) Заявлено 03.01.78 (2I ) 2564160/18-25 с присоединением заивкм № (23) Приоритет—

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24 (5I)M. Кл.

G 02 F 1j33 йеударстаекый камнтет

СССР ао делам кзаарегений к атармтнй (53) УДК535.8 . . (088.8) Дата опубликования описания 30.06.&0 (72) Автори изобретения

В. Н. Белый и Н. С, Казак

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ КОРРЕКЦИИ УГЛА БРЭГГА

В УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ДЕФЛЕКТОРАХ

СВЕТОВОГО ЛУЧА

Изобретение относится к области квантовой электроники, физической оптики, локации, телевизионных систем и вычислительной техники, а также может быть использовано в тех облас тях науки и техники, где необходимо производить управляемое отклонение светового луча.

Известны способы, позволяющие выполнить условия Брэгга в широком диапазоне частот ультразвука и тем самым увеличить разрешющую способность ультразвуковых дефлекторов.

Дпя обеспечения существования дифракции необходимо одновременно с изменением частоть ультразвука повернуть фронт акустической волны. В наиболее простых системах для этого специально применяются звуковые пучки большой расходимости (1).

Однако этот способ имеет ряд недостатков, Во-первых, на отклонение пучка тратится малая часть акустической энергии, вследствие чего плохо используется световая и акустическая мощность, Во-вторых, снижается эффективность дифракции, что ограничивает получение высокой разрешающей способности.

/ 2

Известен также способ, при котором в де- флекторах фронт акустической волны поворачиврется, подстраиваясь под угол Брэгга (2).

Для этого изготавливается набор акустических преобразователей, возбуждаемых электрическими сигналами с постепенно возрастающим фазовым сдвигом между последовательными элементами составного преобразователя. Для осуществления точной подстройки угла падения в этих устройствах разность фаз между соседними преобразователями меняется по квадратичному закону, синхронно с изменением частоты ультразвука. Это существенно усложняет систему.

Из известных наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ коррекции угла Брэгга, основанный на изменении показателей преломления активной среды дефлектора и осуществляемый эа счет наложения электрического поля на акустическую среду (З) ° Благодаря линейному электрооптическому эффекту показатель преломления активной среды дефлектора меняется а нхронно с изменением частоты ультразвука, чем обеспечивается

744422

3 полная коррекция угла Брэгга при анизотропной дифракции света, Однако известный способ не позволяет при1 менять его в тех дефлекторах, активная среда которых имеет малый электрооппиеский коэффициент или же вообще не обладает электрооптическими свойствами, как например кристалл молибдата свинца; и не обеспечивает корреакций угла Брэгга в широком диапазоне частбт ультразвука, что связано с ограниченной электропрочностью кристаллов.

Эти недостатки приводят к тому, что известное устройство обладает малой разрешающей способностью.

Цель изобретения — увеличение разрешающей способности ультразвуковых дефлекторов, Поставленная цель достигается тем, что в известном скавирующем устройстве изменение показателей преломления активной среды дефлек

20 тора осуществляется путем перестройки длины волны сканируемого светового луча по квадратичному закону, синхронно с изменением частоты ультразвука. Необходимое для коррекции угла Брзгга изменение показателей преломле25 ния происходит эа счет дисперсии двулучепреломления среды дефлекторов.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 и фиг. 3 — графики работы устройства.

Устройство содержит ОКГ 1 с перестраиваемой частотой, акустическую среду 2, генератор 3 ультразвуковых колебаний, блок 4 для синхронизации изменения частоты ультразвуковых колебаний с изменением длины волны

3S излучения лазера. Луч света от лазера с перестраиваемой частотой падает на акусто-оптическую ячейку. Направление входа светового луча задается утлом 0, определяемым из выражения ,г

81пд; = 2Ä (f +Оог (и — nd) ), (1) pJ) fo

0; =— (2)

При изменении частоты управляющих акустических колебаний на величину М = f — fp происходит сканирование светового луча на угол 0 = †.о- М. Чтобы удовлетворить ус1 и ловию Брэгга в широкой полосе М при фиксированном угле падения (2), нужно менять разность показателей преломления dn=nd — n. о с изменением частоты ультразвука; согласно (1), по квадратичному закону

),г, „ии (f fp) (3)

2П нг

В предлагаемом способе зто достигается применением излучения лазеров с перестраиваемой по спектру длиной волны. Изменение длины волны сканируемого пучка на Ы = Х. — Хо приводит к изменению показателей преломления монокристалла на величину

hn =аЫ, (4) гие a =- — (иИ вЂ” и )/ие — коеффиииеиг

d дХ

l дисперсии двулучепреломления на длине волны о

Поэтому, согласно (3) и (4), длину волны

Х излучения ОКГ нужно перестраивать синхронно с изменением частоты ультразвука по квадратичному закону о

) = о + — — — (f — f )2 (5)

2nd ). причем для отрицательного коэффициента дисперсии длину волны лазера нужно увеличивать, а для положительного — уменьшать.

Разрешение дефлектора с коррекцией угла

Брэгга предложенным способом дается выражение м (6) .

50 где 0 — ут ол, образованный осью светового луча перед входом в ячейку с фронтом распространяющейся по кристаллу звуковой волны;

Х вЂ” длина световой волны в вакууме;

v — скорость ультразвука; — частота ультразвука;, и> и nd . показатель преломления монокристалла соответственно для входящего и отклоненного луча.

Для увеличения диапазона отклонения пучка сканирование обычно осуществляется вблизи частоты

fo o= -v П2 п2 (и. ) и )

d I d о для которой утол д является минимальным углом Брэгга где w — ширина светового пучка. и

Известно, что разрешение дефлектора, в котором коррекция осуществляется за счет использования расходимости ультразвукового пучка, определяется выражением п1

N =27w (7) о где g — длина проходимого светом пути в акустическом лоле.

Эффективность предложенного способа коррекции угла Брэгга, по сравнению со способом за счет расходимости пучка, дается величиной отношения (6) к (7).

744422

N — = 1,5

Np (8) NK эл

{9) по сравнению же со способом электрического управления углом Брэгга — отношением

5 где г — эффективный электрооптический

10 коэффициент;

E — напряженность электрического поля.

Выигрыш в разрешающей способности при коррекции угла Брэгга способом перестройки частоты. иллюстрируется графиками на фиг. 2

15 и фиг. 3 для дефлекторов на молибдате свинца и ниобате лития. Из графиков следует, что эффективность способа существенно зависит от длины волны лазера и максимально оказывается при приближении к полосе поглощения, вблизи которой дисперсия двулучепреломления наиболее заметна, Использование предлагаемого способа позво ляет существенно повысить разрешающую способность и применять его в тех дефлекторах, 23 активные среды которых не обладают электрооптическим эффектом, Так, перестройка длины волны ОКГ в пределах dA = 10 А позволяет увеличить разрешение дефлектора на молибдате свинца в 1ч 1200 — = — — 14 раз по сравнению

N 880 р с разрешением такого же дефлектора, основанном на применении расходящихся акустических пучков. Чтобы получить такое разрешение за 35 счет расходимости акустического пучка нужно в 14 раз увеличить апертуру светового луча, что приведет к ухудшению во столько же. раз быстродействия дефлектора, либо в 196 раз уменьшит ширину звукового пучка, но при 40 этом надо в 196 раз увеличить потребляемую устройством акустическую мощность. Предлагаемый способ более эффективен, чем способ

6 электрического управления углом Брэгга даже в таких кристаллах, обладающих большими злектрооптическими коэффициентами, как ниобат лития. Для дефлектора на основе ниобата лития изменение длины волны в пределах

dA = 100 А позволяет получить такое разрешение, как и наложение переменного электрического поля напряженносгыо 100 кв/см, что технически трудно осуществить. Этот способ особенно полезен в тех устройствах, когда наряду с отклонением пучка нужно менять его световую длину. Важным преимуществом предлагаемого способа является также и постоянство интенсивности отклоняемого ручка для всего диапазона сканирования при постоянной мощности ультразвука. Формула изобретения

Способ коррекции угла Брэгга в ультразвуковых дефлекторах светового луча, основанньш на изменении: показателей преломления активной среды дефлектора, о т л и ч а юшийся тем, что с целью увеличения разрешающей способности, коррекцию угла Брзгга осуществляют путем перестройки длины волны сканируемого светового луча по квадратичному закону, синхронно с изменением частоты ультразвука.

Источники информации, принятые во внимание при зкслертизе

1. Гордон Е. Обзор по акусто-оптическим, и модулирующим устройствам. "Appg,opt", 1966, v.5, Р 10, р. 1629.

2. Корпел А. и др, Исследование акустической системы отклонения и модуляции света для создания ТВ изображения. "App6, opt,"

1966, ч.5, Р 10, р. 1667, 3. Балакший В., Парыгин В. Электрическое управление углом Брэгга в акустических устройствах, "Радиотехника и электроника.", 1973, У 1, с. 115 (прототип).

8ие 7

744422

l5 фее 3

Корректор Г. Назарова, Подписное

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

Составитель В. Масленников

Редактор И. Нанкина Техред О. Легеза

Заказ 3785/9 Тираж 569

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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