Акустооптический свч дефлектор

Полезная модель относится к устройствам модуляции и сканирования лазерного излучения на основе дифракции Брэгга на объемных акустических волнах и может быть использована в акустооптических измерителях параметров радиосигналов, используемых в системах радиосвязи и радиолокации. Полезная модель представляет собой акустооптический дефлектор, светозвукопровод которого представляет собой цилиндр, ограниченный четырьмя боковыми поверхностями, на одну грань нанесен пьезопреобразователь, на грань, противоположную первой нанесен звукопоглощающий материал, данные две поверхности соединены оставшимися двумя поверхностями, через первую из них свет подается в область акустооптического взаимодействия, она представляет собой грань, плоскость которой составляет с плоскостью пьезопреобразователя угол равный +_п(f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, где _п(f₀) - оптимальный угол падения на центральной частоте f₀ рабочего диапазона при брэгговской дифракции, - угол под которым направлен максимум диаграммы направленности ультразвука на частоте f₀, отсчитываемый против часовой стрелки, а противоположная поверхность представляет собой часть боковой поверхности прямого кругового цилиндра с образующими, нормальными к плоскости акустооптического взаимодействия, полученную при его сечении плоскостью перпендикулярной его основанию и составляющей с плоскостью пьезопреобразователя угол равный -_д(f₀), где _д(f₀) - угол дифракции на частоте f₀, отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, а радиус кривизны этой поверхности равен F(n-1), где F - требуемый фокус образуемой данным дефлектором положительной плоско-выпуклой линзы с показателем преломления материала n. Полезная модель решает задачу выполнения одним устройством функции акустооптической ячейки, работающей в режиме дифракции Брэгга, и интегрирующей оптической системы, результатом чего станет существенное сокращение габаритных размеров и повышенной стабильности оптической схемы устройств, разработанных на основе данного АОД.

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам модуляции и сканирования лазерного излучения на основе дифракции Брэгга на объемных акустических волнах и может быть использована в СВЧ измерителях радиотехнического назначения, а именно в акустооптических анализаторах спектра, в частотомерах, в демодуляторах частотомодулированных и фазомодулированных сигналов, а также в системах радиосвязи и радиолокации.

Известна конструкция акустооптического дефлектора (АОД) СВЧ диапазона на основе кристалла в виде параллелепипеда, в котором с помощью пьезоэлектрического преобразователя, расположенного на одной из боковых граней, генерируются акустические волны, а на противоположной грани параллелепипеда располагается поглощающая нагрузка. При использовании данного АОД дифрагированное излучение подается посредством интегрирующей оптической системы на фотоприемное устройство, регистрирующее пространственное распределение дифрагированного света [Богомолов Д.В., Мильков М.Г., Парыгин В.Н. Управление аппаратной функцией акустооптических ячеек с неколлинеарной геометрией взаимодействия. Радиотехника и электроника. - 2006. - т. 51. - 1. - с. 100-106.].

Признаками выбранного аналога, общими с заявляемой полезной моделью, являются следующие: данный акустооптический дефлектор работает в режиме дифракции Брэгга и в своем составе содержит светозвукопровод с нанесенными на его противоположные грани пьезопреобразователем и поглотителем.

Причинами, препятствующей достижению заявляемого технического результата являются необходимость использования при применении данного АОД дополнительной интегрирующей оптической системы, формирующей пространственное распределение интенсивности дифрагированного света в плоскости фотоприемного устройства, в результате чего увеличиваются оптические потери и аберрации, а также габаритные размеры системы в целом.

Известна конструкция акустооптического дефлектора, содержащего в своем составе светозвукопровод, выполненный в виде призмы, состоящей из нижней грани, на которой размещен пьезопреобразователь, возбуждающий ультразвуковой пучок с углом сноса , и верхней грани с нанесенным на ней звукопоглотителем, а также двумя боковыми светопрозрачными гранями, свет на первую из которых подается под углом _п=90°--_Б(f₀), где _Б(f₀) - угол Брэгга на управляющей частоте f₀, а дифрагирует через вторую боковую грань под углом _д=90°+-_Б(f₀), первая грань светозвукопровода по отношению к плоскости размещения пьезопреобразователя выполнена с углом наклона, равным _Г1=|+_Б(f₀)|, а вторая грань с углом наклона, равным _Г2=-|+_Б(f₀)| [Патент РФ 2284559, кл. G02F 1/33, 2006.01].

Признаками выбранного аналога, общими с заявляемой полезной моделью, являются следующие: данный акустооптический дефлектор работает в режиме дифракции Брэгга и в своем составе содержит светозвукопровод с нанесенными на его противоположные грани пьезопреобразователем и поглотителем.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата является необходимость использования при применении данного АОД дополнительной интегрирующей оптической системы, формирующей пространственное распределение интенсивности дифрагированного света в плоскости фотоприемного устройства для его последующей регистрации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: акустооптический дефлектор, работающий в режиме дифракции Брэгга, и используемый в составе акустооптического анализатора спектра, который описан в работе: А. Корпел. Акустооптика: Обзор основных принципов. - ТИИЭР. - 1981. - т. 69. - 1. - с. 55-62.

Устройство прототипа изображено на фиг. 1, где указаны следующие обозначения: 1 - светозвукопровод АОД; 2 - пьезопреобразователь; 3 - поглотитель; 4 - фотоприемное устройство; 5 - интегрирующая линза; S(t) - анализируемый радиосигнал; _зв - направление распространения звуковой волны на центральной частоте; _п, _д - углы падения и дифракции на центральной частоте АОД; I_п, I_д - падающий и дифрагированный свет; - угол между плоскостью пьезопреобразователя и _зв.

Устройство-прототип представляет собой акустооптический дефлектор, работающий в режиме дифракции Брэгга, содержащий в своем составе светозвукопровод 1 с нанесенными на него пьезопреобразователем 2 и поглотителем 3.

Признаками выбранного прототипа, общими с заявляемой полезной моделью, являются следующие: акустооптический дефлектор, работающий в режиме дифракции Брэгга, содержит светозвукопровод с нанесенными на него пьезопреобразователем и поглотителем.

Устройство-прототип работает следующим образом. На одной из плоских поверхностей светозвукопровода 1 нанесен пьезопреобразователь 2, генерирующий в объем кристаллического светозвукопровода акустическую волну, распространяющуюся относительно озвученной поверхности под некоторым углом , на противоположную данной грани плоскую поверхность нанесен акустический поглотитель 3, уменьшающий уровень отраженной акустической волны, данные две грани соединены еще четырьмя плоскими гранями, на одну из которых подается свет под углом _п относительно нормали к направлению распространения акустической волны, определяемым условием получения максимальной полосы рабочих частот АОД, после чего дифрагирует под углом _д относительно нормали к направлению распространения акустической волны, а затем, пройдя через интегрирующую линзу 5, фокусируется в плоскости фотоприемного устройства 4, регистрирующего пространственное распределение интенсивности световых полей, несущих информацию об анализируемом радиосигнале, в фокальной плоскости интегрирующей линзы.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что устройство-прототип выполняет лишь функции акустооптической ячейки, работающей в режиме дифракции Брэгга.

Задача, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является сокращение аберраций, оптических потерь, уменьшение габаритов и повышение стабильности оптических систем акустооптических устройств, которое достигается при совмещении в одном устройстве функций акустооптической ячейки, работающей в режиме дифракции Брэгга, и интегрирующей оптической системы.

Заявляемый технический результат в предполагаемой полезной модели достигается за счет того, что его светозвукопровод представляет собой цилиндр, ограниченный четырьмя боковыми поверхностями, одна из которых выполнена в виде плоской грани, на которую нанесен пьезопреобразователь, генерирующий в объем светозвукопровода ультразвук, распространяющийся на центральной частоте f₀ рабочего диапазона частот под углом к плоскости пьезопреобразователя (угол отсчитывается от этой плоскости против часовой стрелки), поверхность противоположная грани пьезопреобразователя - также плоская с нанесенным на нее звукопоглощающим материалом, исключающим попадание отраженных акустических волн в область акустооптического взаимодействия; данные две поверхности соединены оставшимися двумя поверхностями, причем поверхность, через которую подается свет в область акустооптического взаимодействия, представляет собой плоскую грань, плоскость которой составляет с плоскостью пьезопреобразователя угол равный +_п(f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, где _п(f₀) - оптимальный угол падения на частоте f₀ при брэгговской дифракции, а поверхность, через которую выходит дифрагированный на акустической волне свет, представляет собой часть боковой поверхности прямого кругового цилиндра с образующими, нормальными к плоскости акустооптического взаимодействия, полученную при его сечении плоскостью перпендикулярной его основанию и составляющей с плоскостью пьезопреобразователя угол равный -_д(f₀)(_д(f₀) - угол дифракции на частоте f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, а радиус кривизны этой поверхности равен F(n-1), где F - требуемый фокус образуемой данным дефлектором положительной плосковыпуклой линзы с показателем преломления материала n.

Для достижения технического результата в акустооптическом дефлекторе, работающем в режиме дифракции Брэгга, содержащем в своем составе светозвукопровод с нанесенным на него пьезопреобразователем и поглотителем, светозвукопровод представляет собой цилиндр, ограниченный четырьмя боковыми поверхностями, одна из которых выполнена в виде плоской грани, на которую нанесен пьезопреобразователь, генерирующий в объем светозвукопровода ультразвук, распространяющийся на центральной частоте f₀ рабочего диапазона частот под углом к плоскости пьезопреобразователя (угол отсчитывается от этой плоскости против часовой стрелки), поверхность противоположная грани пьезопреобразователя - также плоская с нанесенным на нее звукопоглощающим материалом, исключающим попадание отраженных акустических волн в область акустооптического взаимодействия; данные две поверхности соединены оставшимися двумя поверхностями, причем поверхность, через которую подается свет в область акустооптического взаимодействия, представляет собой плоскую грань, плоскость которой составляет с плоскостью пьезопреобразователя угол равный +_п(f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, где _п(f₀) - оптимальный угол падения на частоте f₀ при брэгговской дифракции, а поверхность, через которую выходит дифрагированный на акустической волне свет, представляет собой часть боковой поверхности прямого кругового цилиндра с образующими, нормальными к плоскости акустооптического взаимодействия, полученную при его сечении плоскостью перпендикулярной его основанию и составляющей с плоскостью пьезопреобразователя угол равный -_д(f₀)(_д(f₀) - угол дифракции на частоте f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, а радиус кривизны этой поверхности равен F(n-1), где F - требуемый фокус образуемой данным дефлектором положительной плоско-выпуклой линзы с показателем преломления материала n.

Сущность и работа предполагаемой полезной модели поясняется фиг. 2, на котором 1 - светозвукопровод АОД; 2 - пьезопреобразователь; 3 - поглотитель; 4 - фотоприемное устройство; S(t) - анализируемый радиосигнал; _зв - направление распространения звуковой волны на центральной частоте; _п, _д - углы падения и дифракции на центральной частоте АОД; I_п, I_д - падающий и дифрагированный свет; - угол между плоскостью пьезопреобразователя и _зв; R - радиус кривизны поверхности, через которую выходит продифрагированный свет.

Работа заявляемого АО дефлектора и обеспечиваемый им технический результат заключается в следующем (фиг. 2). Управляющий радиосигнал подается на пьезопреобразователь 2, возбуждающий акустические колебания _зв, распространяющиеся в объеме светозвукопровода 1 под углом к плоскости пьезопреобразователя , световое излучение I_п подается перпендикулярно входной плоской поверхности, образующей угол +_п(f₀) с плоскостью пьезопреобразователя, в объем светозвукопровода, где, взаимодействуя с акустическими волнами _зв, раскладывается на прошедший свет (не показан на фиг. 2) и дифрагированный I_д, распространяющий под углом _д относительно направления распространения _зв. Далее I_д попадает на выходную поверхность, которая представляет собой часть боковой поверхности прямого кругового цилиндра с образующими, нормальными к плоскости акустооптического взаимодействия, полученную при его сечении плоскостью перпендикулярной его основанию и составляющей с плоскостью пьезопреобразователя угол равный -_д(f₀)(_д(f₀) - угол дифракции на частоте f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, а радиус кривизны этой поверхности равен F(n-1), где F - требуемый фокус образуемой данным дефлектором положительной плоско-выпуклой линзы с показателем преломления материала n. Данная поверхность выполняет функции интегрирующей линзы 5, приведенной на фиг. 1, которая формирует распределение дифрагированного света в плоскости фотоприемного устройства 4, аналогичное распределению, полученному с помощью интегрирующей линзы. Таким образом, предлагаемый акустооптический дефлектор не только выполняет функции акустооптической ячейки, но и интегрирующей оптической системы, совмещая в себе функции двух деталей оптической схемы акустооптических устройств.

Технико-экономический результат использования данной полезной модели заключается в следующем. Уменьшаются аберрации и оптические потери, повышается стабильность оптической схемы, и сокращаются масса и габаритные размеры устройств на основе предлагаемой полезной модели.

Акустооптический дефлектор, работающий в режиме дифракции Брэгга, содержащий в своем составе светозвукопровод с нанесенными на него пьезопреобразователем и поглотителем, отличающийся тем, что его светозвукопровод представляет собой цилиндр, ограниченный четырьмя боковыми поверхностями, одна из которых выполнена в виде плоской грани, на которую нанесен пьезопреобразователь, поверхность, противоположная грани пьезопреобразователя, также плоская с нанесенным на неё звукопоглощающим материалом, данные две поверхности соединены оставшимися двумя поверхностями, причем плоская поверхность, через которую подается свет, составляет с плоскостью пьезопреобразователя угол, равный +_п(f₀), отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, где _п(f₀) - оптимальный угол падения на центральной частоте f₀ рабочего диапазона при брэгговской дифракции, - угол, под которым направлен максимум диаграммы направленности ультразвука на частоте f₀ относительно плоскости пьезопреобразователя, отсчитывается от этой плоскости против часовой стрелки, а поверхность, через которую выходит дифрагированный на акустической волне свет, представляет собой часть боковой поверхности прямого кругового цилиндра с образующими, нормальными к плоскости акустооптического взаимодействия, полученную при его сечении плоскостью, перпендикулярной его основанию и составляющей с плоскостью пьезопреобразователя угол, равный - _д(f₀), где _д(f₀) - угол дифракции на частоте fo, отсчитываемый от плоскости пьезопреобразователя против часовой стрелки, а радиус кривизны этой поверхности равен F(n-l), где F -требуемый фокус образуемой данным дефлектором положительной плосковыпуклой линзы с показателем преломления материала n.