Многоканальный акустооптический дефлектор Советский патент 1983 года по МПК G02F1/33 

и электродов, расположенных ira свободной поверхности пьезоэлектрического слоя, электроды выполнены в виде плоских зигзагообразных проводников, расположенных в плоскостях параллельных между собой и перпендикулярных свободной поверхности пьезоэлектрического слоя. На фиг. 1 показано устройство, общий вид5 на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема части устройства. Плоская поверхность звукопоовода 1 через металлизированную поверхность С металлическую пленку 2, сое диненную электрически с внешними проводами разъемов передающих коаксиальных линий (на фиг, 1 не показаны), акустически связана с пьезоэлектрическим слоем 3. Электроды в форме плоских зигзагообразных проводников 4 приложены к пьезоэлектрическому слою 3 одной из поверхностей, образованной их изгибами, при этом плоскости проводников 4 системы перпендикулярны поверхности пьезоэлектрического слоя 3 и параллельны друг другу. Между ними расположены пластины металлических экранов 5, которые электрически соединены с металлической пленкой 2. Электроды 4 и пластины экранов 5 разделены изолирующимипрокладками 6. Один из концов каждого электрода 4 электрически соединен с центральным проводом соответствукяцего разъе ма стандартной передающей коаксиаль ной линии (на фиг. 1 не показанJ. Противоположные концы проводников 4 систекы могут быть соединены подобным же образом с центральными проводами передающих линий, оканчивакицихся внешней согласованной нагрузкой или оставлены электрически свободными. Электрическую эквивалентную схем электродинамической систе1УЫ, состоящей из отдельного плоского зигза гообразного проводника 4, перпенди кулярного свободной поверхности пье зоэлектрического слоя 3 и приложено к ней своими изгибами, непосредственно самого пьезоэлектрического слоя 3 и металлической пленки 2, нанесенной на звукопровод, можно изобразить как цепочку последовательно соединенных Т-образных ячеек фильтра низких частот. Эквивалентная схема отдельной элементарной ячейки цепочки показан на фиг. 2. Изгиб проводника 4, прикладываемого к пьезоэлектрическому слою 3, образует с металлической пленкой 2 электрическую емкость 7. Емкостью, образованной плоскостью проводника 4 с металлическими экранами 5, можно пренебречь по сравнению с емкостью 7, поскольку их величины отличаются на порядок и больше. Проводимость 8 - активная проводимость, обусловленная эффектом преобразования электромагнитной энергии в акустическук). Емкость 9 - , удвоенная емкость между линейными участками отдельной петли проводника 4. Индуктивность 10 - половина индуктивности одной петли проводника. Из теории акустооптического взаи модействия известно, что для того, чтобы произошло эффективное взаимодействие световой и акустической волны, необходимо, чтобы луч монохрома-у тическрго- света образовал с фронтом акустической волны определенный для данной ее частоты угол (угол Брэгга. Поэтому для осуществления эффективной дифракции света в широкой полосе частот требуется изменять угол падения оптического луча на фронт акустической волны по соответствующему закону. Если угол пгщения оптического луча на поверхность звуко провода остается постоянным, необходимо, чтобы изменялся угол наклона фронта акустической волны к поверхности пьезопреобразователя. Поскольку известно, что фильтр низких частот обладает свойством замедления распространяющегося по нему электромагнитного сигнала, то ясно, что сигнсШ, подаваемый на рассматриваемую электродинаг-шческую систему, приходит на каждую последующую ячейку несколько позже, чем на предыдущую. Следовательно, участок фронта акустической волны, обусловленный преобразованием -электромагнитной энергии в акустическую на каждой предыдущей ячейке электродинамической системы, начнет свое движение по звукопроводу раньше, чем участок фронта акустической волны от последующей ячейки. Таким образом, имеется акустическая волна, распространяющаяся в звукопроводе, волновой фронт которой образует некоторый угол с поверхностью пьезопреобразователя. Величина этого угла зависит dT замедления электромагнитного сигнала рассматриваемой электродинамической системой. Можно подобрать геометрические размеры электродинамической скстегла (а значит и электрические параметры эквивалентной схемы таким образом, что ее дисперсия обеспечит изменение замедления с изменением частоты электромагнитного сигнала, необходимое для осуществления эффективного акустооптического взаимодействия в широкой полосе частот Таким образом, в дефлекторе происхо-. дит процесс автоматической подстройки волнового фронта акустической

волны пол угол Брэгга при неизменном угле паления светового луча на поверхность звукопровода.

Известно также из теории фильтров что цепочка последовательно соединенных Т-образных ячеек фильтра низких частот имеет полосу пропуска- ния, простирающуюся от нуля до некоторой критической частоты, определяемой электрическими параметрами схе1ш. В пределах почти всей этой полосы волновое сопротивление цепочки близко к постоянной и действительной величине, которая также определяется параметрами cxeva. Поекол ку параметры эквивалентной схемы 7 10 зависят от геометрических pasMjeров электродов 4 и толщины пьезоэлектрического слоя 3, то подбором этих величин удается получить полосу пропускания фильтра, включаюшую требуекый диапазон рабочих частот дефлектора, а также добиться равенства волношлх сопротивлений стандартных передающих линий и рассматриваемых электродинамических систем в пре- делах этой полосы частот.

Поперечные размеры звукопровода зависят от размеров возбуждающей системы, а значит .и от плотности размещения звуковых каналов, которая определяется толщинами плоских электродов 4, пластин металлических экранов 5 и изолирукедих прокладок 6. Изменение толщин пластин металлических экранов 5.и, до некоторых пределов, изолирующих прокладок б не оказывает существенного влияния на электрические параметры 7-10 эквивалентной схеълл и поэтому их толщины могут быть взяты очень малыми. Изменение же толщины плоских электродов 4 для увеличения плотное ти размещения звуковых каналов влияет на все электрические параметры схемы, однако соответствующим иэмененйем других; геометрических размеров электродов 4 можно добиться сохранения широкой полосы рабочих частот дефлектора и хорсяаего согласования с передающей линией.

Исследован макет многоканального акустооптического дефлектора. Его звукопровод изготовлен из кристалла LINbOj Х-среза с поперечными размерами 8 12 мм На плоскую торцовую металлизированную поверхность ниобата лития напылена пьезоактивная пленка ZnO толщиной 3 мкм. Электроды представляют собой плоские меандровые системы с периодом 0,3 мм, общей длиной 10 мм, щириной 5 ь и толщиной 0,2 мм. Пластины металЛического экрана и изолируювпие 1фО - кладки имеют толщину по 0,1 мм. Каждый канал дефлектора обеспечивает эффективную дифракцию в 3% на 1 Вт подводимой мощности в полосе частот 500 МГц на центральной частоте возбуждения гиперзвука 1000 МГц. Толщина одного канала составляет 0,5 мм, что позволяет создать 15 звуковых каналов с использованием данного звукопровода. Наличие металличёских экранов между электродами обеспечивает развязку между каналами не хуже 25 дБ. Таким образом, использование в качестве возбуждающих электродов плоских зигзагообразгалх проводников, приложенных одной из поверхностей своих изгибов к поверхности пьезоэлектрического слоя, позволяет увеличить полосу эффективного отклонения света почти в 3 раза и уменьшить поперечные размеры звукопровода не менее, чем в 5 раз.

Формула изобретения

Многоканальный акустооптический, дефлектор, содержащий звукопровод с металлизированной поверхностью и систему преобразователей, состоящую из пьезоэлектрического слоя, на несенного на металлизированную поверхность звукопровода, и электродов, расположенных на свободной поверхности пьезоэлектрического слоя, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот при сохранении эффективности дифракции и увеличения плотности рамещения звуковых каналов, электроды выполнены в виде зигзагообразных проводников, расположенных в плоскостях, параллельных между собой н перпендикулярных свободной поверхности пьезоэлектрического слоя.

V

Источники информации, , принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 4162126, кл. G 02 F 1/33, 1979.

2 ШзенФ.Л., Захаров В.М., Калинников Ю.К., Магомедов З.А., Нас- ленников В.Г. Многоканальный акустооптический дефлектор для оперативного гзу. Труды вниифтри. Ш1П. seree

1978. с. 35 (прототип).