СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА Советский патент 1973 года по МПК G01J3/06 

1

Изобретение может быть использовапо в вычислительной технике, оптических системах обработки информации, лазерном телевидении, лабор-аторно - измерительной технике и т. д.

Для отклонения светового пучка ио известному способу иутем фокусировки или уменьшения аиертуры создают расходимость либо ультразвукового пучка, либо падаюицего и а дефлектор светового пучка. При этом условие существования брэгговской дифракции выполняется во всем диапазоне изменения частоты ультразвука, так как на каждой частоте во всем диапазоне сканирования в расходящихся пучках имеются такие световые акустические .волны, для которых угол падения равен углу Брэгга для данной частоты.

Однако при отклонении светового пучка по этому способу плохо используются световая и акустическая мощности, поскольку на каждой фиксированной частоте ультразвука в дифракции участвуют только те волны, для которых угол падения равен углу Брэпга для данноГ частоты, остальная же часть иучка остается бесполезной. Чем выше требуемая разрешающая способность дефлектора, тем больщую расходимость нучков необходимо созсДать для ее получения и тем меньшая часть мощности пучков участ:вует в дифракции на каждой частоте. Поэтому нри большом разрешении такие дефлекторы не эффективны.

Цель изобретения - сокращение световых потерь, увеличение разрешающей способности

дефлекторов, уменьшение потребляемой мощности.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу с помощью виешнего воздействия, синхронного с изменением частоты ультразвуковой волны, изменяют показатели преломления аиизотрон1юй среды, в которой осуществляется анизотропная брэгговская дифракция света, так, что условие существования брэгговской дифракции выполняется для каждой

частоты ультразвука во всем диапазоне сканирования. Необходи.мое изменение иоказателей иреломления можно получить с помощью различных эффектов: электрооптическогоч фотоупругого, ма гнитооптического.

Таким образом, изменение показателей преломления играет ту же роль, что и расходимость нучков ири отклонении по известному сиособу. Преимущество предл-агаемогО способа заключается в том, что он позволяет и-пользовать световые и ультразвуковые пучки с большой апертурой (малой расходимостью). Этим достигается существенное уменьшение потерь света и одновременно значительно увеличивается разрешающая способность. Так как интенсивность дифрагированного светового пучка пропорциональна акустической мощности и ширине ультразвукового пучка вдоль направления распространения света, то использование ультразвукового пучка с большой апертурой позволяет значительно снизить акустическую мощность, необходимую для отклонения в аифракционный порядок всего падающего на дефлектор светового излучения. На фиг. 1 изображены векторные диаграммы для случая сканирования световых пучков по известному способу на угол при наличии расходимости падающего светового пучка с углом расходимости р; на фиг. 2 - векторные диаграммы для предлагаемого способа отклонения; на фиг. 3 - один из возможных вариантов схемы прохождения световых пучков при отклонении по предлагаемому способу. Если ki и k - волновые вектора соответственно падающей и дифрагированной плоских световых 1ВОЛН, а k - волновой вектор плоской ультразвуковой волны, то брэгговская диф ракция авета наблюдается только при условии k, .(1) Когда брэгговская дифракция света происходит в оптически анизотропной среде, длина (вектора ki отличается от длины вектора k, если показатель преломления П; для падающей световой волны не равен показателю преломления Пу для дифрагированной волны. Последнее выполняется в том случае, если дифракция сопровождается изменением поляризации света. Векторная диаграмма, соответствующая условию (1), представляет собой треугольник. Ето конфигурация полностью определяется длинами векторов ki, k k. Следовательно, угол падения ©, светового пучка ft 2-©г - угол между векторами /Sj и Л I оД нозначно определяется частотой ультразвуковой волны и параметрами среды: К + Й;2 - )fea2 4 / ч/ sin0,- 2д,-и + .(..).(2) где АО - длина волны света в вакууме, / - частота, V - скорость ультразвука. Формула (2) определяет угол Брэгга. Каждой частоте соответствует своя векторная диаграмма. Однако если цокааатели преломления среды не меняются, то для любой частоты концы векторов ki лежат на окружности / радиуса ki (фиг. 1, 2), а концы векторов А,, - на окружности 2 радиуса kz (для простоты рассм1атривается случай, когда световые и акустические волны распространяются в плоскости, перпендикулярной к оптической оси одноосного кристалла). При использовании анизотропной брэгговской дифракции света сканнравание светового пучка оказывается наиболее эффективным, если задающий световой пучок поляризован так. что выполняется условие , и если диапазон частот ультразвука выбирают вблизи ча. у , стоты , для которой векторная диаг тсрамма представляет собой прямоугольный треугольник. Изменение частоты ультразвуковой волны приводит к изменению угла Брэгга, а так как угол падения светового пучка фиксирован, то это означает нарушение условия существования брэгговской дифракции (1). Чтобы это не происходило, синхронно с изменением частоты изменяют показатели преломления среды таким образом, чтобы угол Брэгга оставался постоянным. Пусть в начальном положении векторная диа Г рамма представляет собой прямоугольный треугольник (угол дифракции &а 0). Если показатель преломления п,, возрастет так, что окружность 2 занимает положение 5, то при соответствующем изменении частоты ультразвука на (f определяется величиной изменения показателя преломления) угол дифракции возрастает на величину Оц. Таким образом, при синхронном изменении показателя преломления Па и частоты ультразвука f дифрагированный световой пучок сканирует по углу. При м е р реализации предлагаемого способа сканирования с помощью электрооптического эффекта. В этом случае среда, в которой происходит дифракция, должна обладать хорошими электрооптическими свойствами. Сканирование дифрагированного пучк,а осуществляется при синхронном изменении частоты ультразвуковой волны и напряженности электрического поля, созданного в электрооптической среде. Разрешающая способность такого дeфлeктqpa определяется амплитудой изменения напряженности электрического поля и аберрациями оптической системы и может достигать 10 р1азрещимых элементов. Необходимость использования в дефлекторе кристаллов с достаточно большим электрооптическим эффектом не приводит к серьезным затруднениям, так как многие кристаллы, отличающиеся хорошими оптико-акустическими свойствами, одновременно обладают большим электрооптическим эффектом, например, ниобат лития LiNbOs, танталат лития LiTaOs, «-йодистая кислота НЮз. При осуществлении одного из возможных вариантов дефлектора яа основе ниобата литня (фиг. 3) удобным срезом является срез по Кр.и1сталлографичеоки1м осям xyz, когда а)К усти1чеокая /волна частоты f, /возбуждаемая ньезапреобразователем 4, распространяется вдоль оси X, электрическое напряжение U прикладывается к электродам 5, нанесенным на грани, шерпенднкуляреые к оси у, а световой пучок 6, поляриаоваиный параллельно