Акустооптическое устройство для управления оптическим излучением Советский патент 1985 года по МПК G02F1/11 

Изобретение относится к 5гстройстам для управления оптическим излуением и может быть использовано системах передачи и обработки инормации в качестве модуляторов, канеров и т.д.

Известны электрооптические устройства для управления оптическим изучением, Содержащее электрооптичесий кристалл, показатель преломления которого меняется при изменении электрического поля, приложенного к этоу кристаллу.

Наиболее близким по технической сущности является акустооптическое устройство для управления излучением,

содержащее акустооптическую среду, пьезоэлектрический преобразователь,

выполненный в виде пластинки или пленки из пьезоэлектрического материала, с расположенными на противоположных сторонах ее электродами, один из которых находится в акустическом

контакте с акустооптической средой, и источник электрического сигнала синусоидальной формы, соединенный с электродами,

. Недостатком прототипа является его, нестабильность, поскольку отклонение выходного пучка света при дифракции зависит от частоты звука, температуры акустооптической среды и т.д. Кроме того, быстродействие таких устройств ограничено.

Цель изобретения - повышение стабильности и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что известное акустооптическое устройство, содержащее акустооптическую среду, преобразователь, поглотитель и источник переменного напряжения, дополнительно содержит Пластину, выполненную из материала, акустический импеданс которого совпадает с . акустическим импедансом материала преобразователя, одна сторона которой находится в акустическом контакч те со вторым электродом преобразователя,- а другая сторона имеет пр.оводящее покрытие, электрически соединенное с вторым электродом прёобразователя, при этом в качестве исто чника переменного напряжения устройство содержит генератор сигнала ступен чатой формы.

На фиг. 1 схематически показана конструкция устройства; на . 2 схема амплитудного модулятора счета ,

и сканера оптического излучения с предложенным устройством.

Акустооптическое устройст;во, согласно изобретению, содержит акусто-.

оптическую среду 1, пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в. виде .пластинки 2 из пьезоэлектрического материала с электродами 3 и 4, расположенными на противоположных

сторонах пластинки 2. Электрод 3 находится в акустическом контакте с акустооптической средой 1, а электрод 4- в акустическом контакте с пластиной 5, выполненной из материала, акустический импеданс которого совпадает С акустическим импедансом пластинки 2. На поверхности пластины 5 расположено проводящее покрытие 6, закороченное с электродом 4, а поверх покрытия 6 нанесен .акустический поглотитель 7, На проfивoпoлoжнoм конце акустооптической среды 1 расположен акустический поглотитель 8. К электродам 3 и 4 подключей генератор -9 электрического сигнала ступенчатой формы. Акустооптическая среда 1 может быть выполнена -из прозрачного для оптического излучения материала, например плавленого кварца, молибдата свицца, парателлурита, из материала, имеющего линии поглощения вблизи частоты используемого оптического излучения, например рубина (при использовании излучения рубинового лазера), неодинового стекла (при использвании излучения неодимового лазера) и.т.п. Пластина 5 может быть выполнена из того же материала, что и пластинка 2 пьезопреобразователя, например

из пьезокерамики, ниобата лития, йодата лития, которые наиболее часто используются в пьезопреобразователях. В качестве акустических поглотителей 7 и 8 могут быть использованы эпоксидная смола, индий, галлий и т.п. В ряде случаев предлож енное устройство . (фиг. 2) может быть снабжено поляризатором 10, анализатором 11 и линзами12 и 13. На

выходе ЛИНЗЫ13 находится фотоцрйемник 14. . . Устройство работает с ледующим

-образом. При поступлении на электроды 3 и 4 (см, фиг. 1) электрического сигнала ступенчатой формы от генератора 9 генерация звука в пластинке 2 пьезопреобразователя осуществляетеся фронтом электрического напряжения,

длительность которЬго меньше времени пролета звуком пластинки 2 преобразователя. При этом противолежащие траки пластинки 2 с расположенными на. них электродами 3 и 4 резко смещаются в противоположные стороны и на границах преобразователя с акустооптической средой 1, а также с пластиной 5 генерируются четыре ступенчатых, акустических волны а, б, в и г (по две распространяющих Cfi в противоположных направлениях от каждой границы), Акустический импульс д, который используется для управления светом, образуется волной а от передней грани пьезопреобразователя и волной в, которая имеет противоположную амплитуду смещений от тыльной грани пьезопреобразователя. Между фронтами этих волн имеетсязадержка, определяющая длительность рабочего импульса д в акустооптической среде, равная времени пролета звуком пластинки 2 пьезопрербразователя. Волна г поглощается в акустическом поглотителе 7. Волна б проходит без отражения границу между пластинкой 2 преобразователя и пластиной 5, так как эти пластины выполнены из материалов с одинаковыми акустическими импедансами, и также поглощается в акустическом поглотителе 7, При прохождении волной в границы между пластинкой 2 и акустооптической средой 1 происходит ее частичное отражение, так как акустические импедансы материала пластинки 2 и акустооптической среды 1 обычно различаются. Отраженная часть волны в, подобно волне б, проходит через границу между пьезопреобразователем и пластиной 5 без отражения и поглощается акустическим поглотителем 7. Таким образом, при подаче на пьезопреобразователь электрического сигнала ступенчатой формы в акустооптической среде 1 возбуждается уединенный акустический импульс д. Если акустические импедансы.материалов пластинки 2 и пластины 5 различаются, то за рабочим импульсом будет возбуждаться затухающая серия паразитных импульсов, которые могут ухудшить работу устройства, так как длительность этой серии может быть существенно больше, чем длительность рабочего импульса Чтобы этого не происходило, для возможно более

97378

точного согласования, импедансов материалов пластинки 2 пье опреобразователя и пластины 5 практически удобно выполнять пластину 5 из. того

5 же материала, из которого изготовлена пластинка 2 преобразователя. При этом, чтобы исключить паразитное возбуждение пластины 5 при подаче рабочего электрического сигнала на

10 пьезопреобразователь, используется дополнительный электрод, нанесенный на тыльную сторону пластины 5 и электричес1 и соединенный с электродом 4.

15 Поскольку пракгически трудно обеспечить полное поглощение звука, приходящего на акустический поглотитель 7 (обычно имеется некоторое отражение назад от границы между пластиной 5 и акустическим поглотителем), то имеет смысл делать пластину 5 клинообразной, как показано на фиг. 1. В этом случае отраженньй от акустического поглотителя 7 звук

25 при попадании в акустооптическую среду имбет такое направление распространения, что акустооптического взаимодействия не происходит. Того же можно достичь, если границу

3Q между пластиной 5 и акустическим поглотителем 7 сделать шероховатой, ЧТО&.1 при отражении от нее непоглощенного звука он эффективно рассеивался.

Во многих случаях для работы устройства Необходимо генерировать последовательности импульсов, при этом ступенчатое напряжение, прикладываемое к пьезопреобразователю, будет нарастать от импульса к импульсу. Такой генератор на большее количество импульсов трудно осуществить и, кроме того, максимальное напряжение и количество импульсов будут ограничиваться электрической прочностью материала пьезопреобразователя. Чтобы этого не происходило, целесообразно использовать пилообразное напряжение, у которого рабочим является короткий фронт, а длинный

50 необходим для возвращения системы в исходное состояние, при этом длительность этого фронта должна превосходить время пролета пластины преобразователя звуковой волной.

55 В прозрачной акустооптической бреде 1 в месте акустического импульса д будет изменяться показатель преломления, что, в зависимости от конкретгного исполнения, приводит к фазовой или поляризационной модуляции света. Повьппение стабильности работы уст-. ройства достигается тем, что, в отличие от прототипа, направление оптическоРо излучения не изменяется по сравнению со входным и, следовательно, не зависит от частоты возбуждения генератора, температуры, давле- ния и пр.

Одно из основных преимуществ данного устройства - большее быстродействие - рбализуется благодаря использованию многоимпульсного режима работы акустооптического устройства, а также благодаря, применению упрощенного механизма акустооптического взаимодействия не используется дифракция света в областях пространственных изменений -показ.ателя . ломления (что, как правило, связано с наклонным падением света на звук), а свет распространяется нормально к звуку. Последнее обстоятельство .

позволяет достичь предельно малого времени пересечения светового пучка акустическим импульсом, распростра-.няющимся по акустооптической среде.

Использование недифракционного режима акустооптического взаимодействия позволяет реаипизовать в данном устройстве фазовую модуляцию

световой волны. Отсутствие такой возможности у прьтотипа связано с тем обстоятельством, что частота выходного оптического излучения при дифракции изменяется на частоту звука, при этом фаза выходного излучения становится неопределенной, так как зависит от времени.

При использовании устройства в качестве сканера оптического излучения перечисленные преимущества обеспечивают по сравненшо с прототипом увеличение в 4-6 раз количества разрешимых деталей оптического изображения при заданных времени обзора

и полосе частот используемого звука.

АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, содержащее акустооптическую среду, пьезоэлектрический преобразователь для возбуждения упругих волн, выполненный в виде пластинки или пленки из пьезоэлектрического материала с расположенными на противоположных сторонах ее двумя электродами, один из которых находится в акустическом контакте с акустооптическойсредой, акустический поглотитель и источник переменного напряжения, соединенный с электродами, о т л и -. чающееся тем, что, с целью повышения стабильности работы и быстродействия устройства, оно дополнительно содержит пластину^ выполненную из материала, акустический импеданс которого совпадает с акустическим импедансом материала преобра~ зователя, одна сторона которой находится в акустическом контакте со вторым электродом преобразователя, а другая стррона имеет проводящее покрытие, электрически соединенное с вторьм электродом преобразователя, при этом в качестве источника переменного напряжения устройство содержит генератор сигнала ступенчатой формы.2.Устройство поп. 1 отличающееся тем, что поверхность пластины, на которой расположено проводящее покрытие, выполнена под углом к поверхности, находящейся в акустическом контакте с вторым электродом преобразователя.i(Лс^со ^ со •^00/ /