Акустооптический визуализатор Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

9)

:«9

ЭО Изобретение относится к области визуализации акустических полей и может быть использовано в ультразвуковой микроосности, методах неразрушающего контроля и в медицинской диагностике. Известен акустооптический визуализатор, содержащий акустооптическую ячейку, поверхность которой деформируется волнами давления, систему формирования оптического пучка, подающего на деформированную поверхность акустооптической ячейки, и систему обработки отраженного света 1 . Однако данный визуализатор характеризуется недостаточно широкой областью применения, так как затруднено его использование в области высоких частот вследствие того, что интенсивность отраженного от деформированной поверхности света, несущего информацию -об объекте, уменьшается пропорционально квадрату частоты акустических колебаний. Наиболее близким к изобретению является акустооптический визуализатор, содержащий изотропную акустооптическую ячейку, систему форМ1фОБания оптического пучка к систему обработки дифрагированного оптического волно вого поля. Причем система формирования опти ческого 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 изображеиия, что вызвано использованием в оптических система цилиндрических линз, которые, обладая значительной аберрацией, ограничивают область обзора и разрешающую способность. Цель изобретения - улучщение качества изоб ражения за счет достижения высокой разрешаю щей способности и осевого стигматизма. Поставленная цель достигается тем, что в акустооптическом визуализаторе, содержащем изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка и систему обработки дифрагированного оптического волнового поля, акустооптическая ячейка выполнена в виде конического акустического зеркала и акустопрозрачного плоского оптического зеркала, расположенного под углом d к оси конического зеркала, система формирования оптического пучка выполнена осесимметричной и расположена таким образом, что фокус системы формирова1шя оптического пучка расположен в вершине конуса акустического зеркала система обработки дифрагированного оптическо го волнового поля выполнена осесимметричной и расположена так, что ее ось образует с осью кони ческого зеркала угол 2л,, причем угол 9 раскрыва конического акутического зеркала выбран из условия 0 90 t arcsin (/ /2Л), где Л - длина волны света в материале акустооптической ячейки; Л - длина акустической волны в материале акустооптической ячейки. На фиг. 1 изображен акустооптический визуализатор, общий вид; на фиг. 2 - лучевая диаграмма преобразования акустического волнового поля в оптическое при в, 90° -arcsin 0/2Л); на фиг. 3 - то же, при 0 90 +arcsin (/1/2Л): Акустооптический визуализатор содержит изотропную акустооптическую ячейку 1, систему 2 формирования оптического пучка и систему 3 обработки дифрагированного оптического волнового поля. Акустооптическая ячейка 1 выполнена в виде конического акустического зеркала 4 и акустопрозрачного плоского оптического зеркала 5, расположенного под углом о , например, 45 к оси конического зеркала 4. 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 совпадает 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 обрйует с осью конического зеркала 4 угол 2ci, например 90°. Угол 9 раскрыва конического акустического зеркала 4 выбран из условия 0 90°± arcsin(A/2A), где Л - длина волны света в материале акустооптической ячейки 1; А - длина акустической волны в материале акустооптической ячейки 1. В. ходе работы акустооптическая ячейка на - / . ходится 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 формирования 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. Далее они свободно 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 верцгане конического зеркала 4, который, не .нарушая своего стигматизма, проходит в акус тооптическую ячейку 1 через окно 6 со сфе{жческой поверхностью. Световой поток после взаимодействия с тороидальными акустическими волнами формирует трехмерное изображение объекта равномерно во всех направлениях, уменьшенное в раз. Это изображение ново рачивается оптическим зеркалом 5, выходит из акустооптической ячейки 1 вместе с недифрагированной частью светового потока и попадает в систему 3 обработки дифрагированного оптического волнового поля. Здесь недифрагированный свет фокусируется линзой 9 и отфильтровывается полевой диафрагмой 10, а изображени исследуемого объекта 12 увеличивается до требуемых размеров линзами 11. Принцип построения лучевой диаграммы выглядит следуюшям 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 трансформация сферической акустической волны в тороидальную. В рамках геометрической оптики условие Брэгга для акустооптического взаимодействия волн принимает вид локального усло1104 ВИЯ пересечения световых н акустических лучей 14 и 13 под брэгговскими углами с образованием дифрагированных лучей 15. Так как угол 8 раскрыва конического акустического зеркала выбран из соотношения 8 90± arcsin (Л/2Л), то все дифрагированные лучи 15 (ил их продолжения) пройдут через точку Т„(для угла 0s; 90° - arcsin (|2A), что соответствует ;фиг. 2, или точку Т (для угла в г: 90 + +arcsin(), что соответствует фиг. 3, которая является видимым изображением точки Т. Пряведенное построение свидетельствует о наличии осевого стигматизма изображения. Кроме того, численный аяялкз доказывает,-что при данном выбранном угле 0 качество изображения неосевых точек является наилучшим, так как аберрации при зтом минимальны. Таким образом, предлагаемый акустоопгнческий внзуапизатор, содержащий изотропную акустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка и систему обработки дифрагированного оптического волнового поля, позволяет улучшить качество изображения за счет его формирования широкоугольными, хорошо исправленными по аберрации (стигматическими для осевых точек) пучками дифрагированного света, обеспечивающими предельную для данной длины волны акустнческих колебаний разрешающую способность, благодаря тому, что оптические системы выполнены осесимметричными, а акустооптическая ячейка выполнена в виде конического акустического зеркала с углом 19 раскрьша конуса, выбра1шым таким образом, что пересечение световых и акустических лучей происходит под брзгговскими углами.

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.