[go: up one dir, main page]

RU2349945C1 - Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector - Google Patents

Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector Download PDF

Info

Publication number
RU2349945C1
RU2349945C1 RU2007134647/28A RU2007134647A RU2349945C1 RU 2349945 C1 RU2349945 C1 RU 2349945C1 RU 2007134647/28 A RU2007134647/28 A RU 2007134647/28A RU 2007134647 A RU2007134647 A RU 2007134647A RU 2349945 C1 RU2349945 C1 RU 2349945C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric transducer
aod
piezoelectric
electrodes
deflector
Prior art date
Application number
RU2007134647/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Петрович Волик (RU)
Денис Петрович Волик
Иван Иванович Пивоваров (RU)
Иван Иванович Пивоваров
Виктор Власович Роздобудько (RU)
Виктор Власович Роздобудько
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ)
Priority to RU2007134647/28A priority Critical patent/RU2349945C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2349945C1 publication Critical patent/RU2349945C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: acoustooptical deflector (AOD) accommodates parallelepiped piezoelectric crystal and piezoelectric transducer representing interdigital antiphase-excited electrode system. Herewith both signal injection buses are axially symmetric shaped with electrodes of maximum length dimension fitting the centre of piezoelectric transducer.
EFFECT: extended working frequency band.
7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к устройствам управления параметрами лазерного излучения, в частности к СВЧ акустооптическим дефлекторам на объемных акустических волнах (АОВ), и может быть использовано в качестве транспаранта в оптических системах обработки информации.The present invention relates to devices for controlling the parameters of laser radiation, in particular to microwave acousto-optical deflectors based on volume acoustic waves (AOW), and can be used as a transparency in optical information processing systems.

Известна конструкция акустооптического дефлектора (АОД) СВЧ-диапазона (фиг.1,а) на основе пьезокристалла в виде параллелепипеда (1), в котором с помощью пьезоэлектрического преобразователя (2), расположенного на одной из боковых граней, генерируются акустические волны, а на противоположной грани параллелепипеда располагается поглотитель (3). В данном аналоге используются преобразователи, изготавливаемые в виде резонансных прямоугольных пластин малой толщины. Область взаимодействия света и звука в АОД определяется поперечными размерами акустического столба. В данном аналоге управление амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) АОД осуществляется путем изменения формы резонансных пластинок пьезопреобразователя (в виде ромба, шестигранника, трапеции, эллипса и т.д.) [Волошинов В.Б., Князев Г.А. Акустооптические ячейки с неодинаковой длиной взаимодействия в поперечном сечении светового пучка. ЖТФ. - 2003. - т.73. - №11. - с.118-122].A known design of the microwave acoustic acousto-optical deflector (AOD) (Fig. 1, a) based on a piezoelectric crystal in the form of a parallelepiped (1), in which acoustic waves are generated using a piezoelectric transducer (2) located on one of the side faces, and the absorber (3) is located on the opposite side of the parallelepiped. This analogue uses transducers made in the form of resonant rectangular plates of small thickness. The region of interaction of light and sound in the AOD is determined by the transverse dimensions of the acoustic column. In this analogue, the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the AOD is controlled by changing the shape of the resonant plates of the piezoelectric transducer (in the form of a rhombus, hexagon, trapezoid, ellipse, etc.) [Voloshinov VB, Knyazev G.A. Acousto-optic cells with unequal interaction lengths in the light beam cross section. ZHTF. - 2003. - t. 73. - No. 11. - p.118-122].

Признаками выбранного аналога, общими с заявляемым изобретением, являются следующие: АОД на основе пьезокристалла в виде параллелепипеда, на верхнюю грань которого нанесен пьезопреобразователь сложной конфигурации (в виде ромба, шестигранника, трапеции, эллипса и т.д.), а на противоположную грань пьезокристалла нанесен поглотитель.The features of the chosen analogue common with the claimed invention are the following: an AOD based on a piezocrystal in the form of a parallelepiped, on the upper face of which a piezoelectric transducer of a complex configuration is applied (in the form of a rhombus, hexagon, trapezoid, ellipse, etc.), and on the opposite side of the piezocrystal the absorber is applied.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что использование данного аналога на частотах свыше 1 ГГц не представляется возможным в связи с технологическими сложностями изготовления пьезопреобразователя, так как толщина резонансных пьезопластинок, необходимых для использования в пьезопреобразователях, работающих на частоте свыше 1 ГГц, не превышает 2-4 мкм.The reason that impedes the achievement of the claimed technical result is that the use of this analogue at frequencies above 1 GHz is not possible due to the technological difficulties of manufacturing a piezoelectric transducer, since the thickness of the resonant piezoelectric plates required for use in piezoelectric transducers operating at a frequency above 1 GHz, does not exceed 2-4 microns.

Известна конструкция акустооптического дефлектора СВЧ диапазона (фиг.1,б) на основе пьезокристалла в виде параллелепипеда (1), в котором с помощью пьезоэлектрического преобразователя (2), расположенного на одной из боковых граней, генерируются акустические волны, а на противоположной грани параллелепипеда располагается поглотитель (3). В данном аналоге используются секционированный пьезопреобразователь (2), изготавливаемый в виде резонансных прямоугольных пластин малой толщины (фиг.1,б). В данном аналоге управление АЧХ АОД осуществляется за счет изменения распределения амплитуды ультразвука в АОД вдоль направления распространения оптических пучков путем подачи разного уровня возбуждающего напряжения на секции пьезопреобразователя [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].A known design of an acousto-optical microwave deflector (Fig. 1, b) based on a piezoelectric crystal in the form of a parallelepiped (1), in which acoustic waves are generated using a piezoelectric transducer (2) located on one of the side faces, and located on the opposite side of the parallelepiped absorber (3). In this analogue, a sectioned piezoelectric transducer (2) is used, which is made in the form of resonant rectangular plates of small thickness (Fig. 1, b). In this analogue, the frequency response of the AOD is controlled by changing the distribution of the amplitude of the ultrasound in the AOD along the direction of propagation of the optical beams by applying different levels of exciting voltage to the sections of the piezoelectric transducer [Bogomolov DV, Milkov MG, Parygin VN Control of the hardware function of acousto-optic cells with non-collinear interaction geometry. Radio engineering and electronics. - 2006. - t.51. - No. 1. - p. 100-106].

Признаками выбранного аналога, общими с заявляемым изобретением, являются следующие: АОД на основе пьезокристалла в виде параллелепипеда, на верхнюю грань которого нанесен пьезопреобразователь, а на противоположную грань пьезокристалла нанесен поглотитель, при этом коррекция формы АЧХ АОД осуществляется за счет изменения распределения амплитуды ультразвука в АОД.The features of the chosen analogue that are common with the claimed invention are the following: an AOD based on a piezocrystal in the form of a parallelepiped, on the upper face of which a piezoelectric transducer is applied, and an absorber is deposited on the opposite side of the piezocrystal, while the shape of the frequency response of the AOD is corrected by changing the distribution of the amplitude of ultrasound in the AOD .

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, как и в предыдущем случае, является то, что этот аналог может работать на частотах, не превышающих 1 ГГц, следовательно, и необходимое увеличение диапазона рабочих частот не может быть достигнуто.The reason that impedes the achievement of the claimed technical result, as in the previous case, is that this analogue can work at frequencies not exceeding 1 GHz, therefore, the necessary increase in the range of operating frequencies cannot be achieved.

Из известных АОД наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является акустооптический дефлектор с поверхностным возбуждением ультразвука с помощью фазированной решетки преобразователей в виде противофазно-запитываемых электродов (ВШП) [Роздобудько В.В., Бакарюк Т.В. Акустооптический СВЧ-дефлектор с поверхностным возбуждением ультразвука. Приборы и техника эксперимента. - 2003. - №1, c.1-3].Of the known AODs, the closest in technical essence to the claimed object is an acousto-optical deflector with surface excitation of ultrasound using a phased array of transducers in the form of antiphase-energized electrodes (IDT) [Rozdobudko VV, Bakaryuk T.V. Acoustooptic microwave deflector with surface excitation of ultrasound. Instruments and experimental technique. - 2003. - No. 1, p.1-3].

Устройство-прототип (фиг.2) в своем составе содержит пьезокристалл, выполненный в виде параллелепипеда, исполняющий роль светозвукопровода, на верхнюю грань которого нанесен ВШП, на нижнюю грань параллелепипеда нанесен поглотитель для устранения влияния отраженных звуковых волн. На переднюю грань пьезокристалла перпендикулярно расположенной на верхней грани светозвукопровода решетке пьезопреобразователя подается модулируемое лазерное излучение.The prototype device (figure 2) in its composition contains a piezoelectric crystal made in the form of a parallelepiped, playing the role of a light and sound conduit, on the upper face of which IDT is applied, an absorber is applied to the lower face of the parallelepiped to eliminate the influence of reflected sound waves. A modulated laser radiation is supplied to the front face of the piezocrystal perpendicularly to the piezoelectric transducer grating perpendicular to the top of the light and sound duct.

Признаками выбранного прототипа, общими с заявляемым устройством, являются следующие: АОД включает в себя пьезокристалл в виде параллелепипеда, выполняющий роль светозвукопровода, на верхнюю грань которого нанесен ВШП, а на противоположную грань пьезокристалла нанесен поглотитель.The features of the selected prototype, common with the claimed device, are as follows: the ANM includes a parallelepiped-shaped piezoelectric crystal, which acts as a light and sound conduit, with an IDT on its upper face and an absorber on its opposite face.

Принцип работы дефлектора-прототипа поясняется чертежом (фиг.2), позиции на чертеже обозначают: 1 - пьезопреобразователь, 2 - пьезокристалл, 3 - поглотитель, 4 - модулируемое лазерное излучение.The principle of operation of the prototype deflector is illustrated in the drawing (figure 2), the positions in the drawing indicate: 1 - piezoelectric transducer, 2 - piezocrystal, 3 - absorber, 4 - modulated laser radiation.

В основу принципа работы положено известное свойство оптического излучения - дифрагировать на периодической структуре, возникающей вследствие упругооптического эффекта при распространении в твердом теле ультразвуковой волны. В данном устройстве возбуждение упругих акустических волн происходит непосредственно с верхней грани пьезокристалла ВШП.The principle of operation is based on the well-known property of optical radiation - to diffract on a periodic structure arising as a result of the elasto-optical effect when an ultrasonic wave propagates in a solid. In this device, the excitation of elastic acoustic waves occurs directly from the upper face of the IDT piezocrystal.

Для пояснения принципа работы прототипа предположим, что в светозвукопровод акустооптического дефлектора ультразвук возбуждается с поверхности пьезокристалла системой ВШП, имеющих общую протяженность L и состоящих из m одинаковых преобразователей шириной l0 с постоянным периодом их расположения s. Отметим, что в данном случае в качестве элемента решетки ВШП выступает поверхность между металлическими электродами; при числе электродов, равном N, число собственно пьезопреобразователей будет m=N-1. Акустическая волна, возбуждаемая таким плоским фазированным пьезопреобразователем, описывается соотношением [Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь. - 1985. - 280 с.]:To explain the principle of operation of the prototype, suppose that ultrasound is excited from the surface of a piezocrystal by a system of IDTs into a light and sound pipe of an acousto-optical deflector, having a total length L and consisting of m identical transducers of width l 0 with a constant period of their location s. Note that in this case, the surface between the metal electrodes acts as an element of the IDT lattice; with the number of electrodes equal to N, the number of piezoelectric transducers proper will be m = N-1. An acoustic wave excited by such a flat phased piezoelectric transducer is described by the relation [Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. - M .: Radio and communication. - 1985. - 280 p.]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где y0=s-l0 - зазор между преобразователями, а0 - амплитуда,

Figure 00000002
- волновой вектор и ω - частота возбуждаемой акустической волны. Функция rect(x) такая, что:where y 0 = sl 0 is the gap between the transducers, and 0 is the amplitude,
Figure 00000002
is the wave vector and ω is the frequency of the excited acoustic wave. The rect (x) function is such that:

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

АЧХ описанного выше АОД при малой эффективности дифракции определяется соотношением [Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь. - 1985. - 280 с.]:The frequency response of the above AOD at low diffraction efficiency is determined by the ratio [Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. - M .: Radio and communication. - 1985. - 280 p.]:

Figure 00000004
Figure 00000004

в котором Θ0, в данном случае, нормированный к

Figure 00000005
угол падения света, а f0 выбрана из условия наилучшей коррекции брэгговского угла:
Figure 00000006
; кроме того, входящий в (2) параметрin which Θ 0 , in this case, normalized to
Figure 00000005
the angle of incidence of light, and f 0 is selected from the condition of the best correction of the Bragg angle:
Figure 00000006
; in addition, the parameter included in (2)

Figure 00000007
Figure 00000007

содержит в себе Pa0 - звуковую мощность, излучаемую решеткой, площадь излучения которой S=d×m·l0. Полоса рабочих частот определяется длиной акустооптического взаимодействия, расходимостью и формой поперечного сечения акустического столба, распространяющегося в пьезокристалле.contains P a0 - the sound power emitted by the grating, the radiation area of which is S = d × m · l 0 . The operating frequency band is determined by the length of the acousto-optical interaction, the divergence and the cross-sectional shape of the acoustic column propagating in the piezocrystal.

Причиной, препятствующей достижению прототипом требуемого технического результата, является его незначительная полоса рабочих частот, значение которой составляет

Figure 00000008
при нормированном угле падения света Θ0=-2 и
Figure 00000009
при
Figure 00000010
[Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь. - 1985. - 280 с.].The reason preventing the prototype from achieving the required technical result is its insignificant band of operating frequencies, the value of which is
Figure 00000008
at a normalized angle of incidence of light Θ 0 = -2 and
Figure 00000009
at
Figure 00000010
[Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. - M .: Radio and communication. - 1985. - 280 p.].

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение полосы рабочих частот АОД, а также снижение неравномерности АЧХ.The problem to which the invention is directed, is to expand the operating frequency band of the AOD, as well as reducing the unevenness of the frequency response.

Технический результат заключается в том, что обе его шины подачи сигнала выполнены по форме осесимметричной фигуры с максимальным размером по длине электродов, приходящимся на центр пьезопреобразователя.The technical result consists in the fact that both of its signal supply lines are made in the form of an axisymmetric figure with a maximum size along the length of the electrodes per center of the piezoelectric transducer.

Для достижения технического результата в АОД, содержащем в своем составе пьезокристалл в виде параллелепипеда, выполняющий роль светозвукопровода, на верхнюю грань которого нанесен ВШП, а на противоположную грань нанесен поглотитель, необходимо, чтобы пьезопреобразователь представлял собой систему встречно-штыревых электродов с противофазным возбуждением, причем его обе шины подачи сигнала выполнены по форме осесимметричной фигуры с максимальным размером по длине электродов, приходящимся на центр пьезопреобразователя.To achieve a technical result in an AOD containing a piezoelectric crystal in the form of a parallelepiped, which plays the role of a light and sound duct, on the upper face of which IDT is applied, and an absorber is applied to the opposite face, it is necessary that the piezoelectric transducer be a system of interdigital electrodes with antiphase excitation, and both of its signal supply lines are made in the form of an axisymmetric figure with a maximum size along the length of the electrodes falling on the center of the piezoelectric transducer.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.3 представлен чертеж заявляемого АОД, позиции на чертеже обозначают: 1 - пьезопреобразователь, 2 - пьезокристалл, 3 - поглотитель, 4 - модулируемое лазерное излучение. На фиг.4 приведены нормированные АЧХ, рассчитанные для случая, когда осесимметричная фигура представляет собой ромб либо усеченный ромб (в зависимости от угла апподизации α), для двух углов падения света Θ0=-2 и Θ0=-2-1/m и разных углов апподизации - α; зависимости, показанные на фиг.4,а, соответствуют одногорбым АЧХ, а на фиг.4,б - двугорбым. На фиг.5 представлены те же АЧХ, что и на фиг.4, но в логарифмическом масштабе (фиг.5, а) - угол падения света Θ0=-2; б) - угол падения света Θ0=-2-1/m). На фиг.6 представлены рассчитанные зависимости: а) относительной эффективности дифракции I(0)/I0 от нормированного угла апподизации

Figure 00000011
б) полосы рабочих частот АОД от угла α1 при углах падения света, соответствующих одногорбым и двугорбым АЧХ. На фиг.7 изображены возможные конфигурации электродов, обеспечивающие положительный эффект, который заключается в расширении полосы рабочих частот и уменьшении неравномерности АЧХ АОД.The invention is illustrated by drawings. Figure 3 presents the drawing of the inventive AOD, the positions in the drawing indicate: 1 - piezoelectric transducer, 2 - piezocrystal, 3 - absorber, 4 - modulated laser radiation. Figure 4 shows the normalized frequency response calculated for the case when the axisymmetric figure is a rhombus or a truncated rhombus (depending on the angle of apodization α) for two angles of incidence of light Θ 0 = -2 and Θ 0 = -2-1 / m and different apodization angles - α; the dependences shown in figure 4, a, correspond to one-humped frequency response, and in figure 4, b - two-humped. Figure 5 presents the same frequency response as in figure 4, but on a logarithmic scale (figure 5, a) - angle of incidence of light Θ 0 = -2; b) is the angle of incidence of light Θ 0 = -2-1 / m). Figure 6 presents the calculated dependences: a) the relative diffraction efficiency I (0) / I 0 from the normalized angle of apodization
Figure 00000011
b) the frequency band of the AOD from the angle α 1 at angles of incidence of light corresponding to one-hump and two-hump frequency response. Figure 7 shows the possible configurations of the electrodes, providing a positive effect, which consists in expanding the operating frequency band and reducing the uneven frequency response of the AOD.

Принцип работы заявляемого устройства основан на известном свойстве оптического излучения дифрагировать на периодической структуре, возникающей вследствие упругооптического эффекта при распространении в твердом теле ультразвуковой волны. В данном устройстве возбуждение упругих акустических волн происходит непосредственно с верхней грани пьезокристалла (2) за счет обратного пьезоэффекта ВШП (1), ультразвуковая волна распространяется в объеме пьезокристалла, на одну из боковых граней под углом Брэгга подается модулируемое лазерное излучение (4) на ультразвуковую волну, дифрагирующее через противоположную боковую грань. На грань параллелепипеда, противолежащую той, на которой расположен ВШП, для устранения влияния отраженных звуковых волн, нанесен поглотитель (3) для устранения влияния отраженных звуковых волн.The principle of operation of the inventive device is based on the well-known property of optical radiation to diffract on a periodic structure arising due to the elastic-optical effect when an ultrasonic wave propagates in a solid. In this device, the elastic acoustic waves are excited directly from the upper face of the piezocrystal (2) due to the inverse IDT piezoelectric effect (1), the ultrasonic wave propagates in the piezocrystal volume, and modulated laser radiation (4) is applied to the ultrasonic wave at one of the side faces at a Bragg angle diffracting through the opposite side face. On the face of the parallelepiped, opposite the one on which the IDT is located, to eliminate the influence of reflected sound waves, an absorber (3) is applied to eliminate the influence of reflected sound waves.

Применение пьезопреобразователя, представляющего собой систему встречно-штыревых электродов с противофазным возбуждением, такого что обе шины подачи сигнала на электроды выполнены по форме осесимметричной фигуры, приводит к уменьшению уровня возбуждаемой ультразвуковой мощности к краям апертуры l - протяженности раскрыва пьезопреобразователя.The use of a piezoelectric transducer, which is a system of interdigital electrodes with antiphase excitation, such that both signal supply lines to the electrodes are made in the form of an axisymmetric figure, leads to a decrease in the level of excited ultrasonic power to the edges of the aperture l, the length of the aperture of the piezoelectric transducer.

Рассмотрим некоторые из вариантов встречно-штыревых пьезопреобразователей, у которых обе шины подачи сигнала на электроды выполнены по форме осесимметричной фигуры с максимальными размерами во взаимно перпендикулярных направлениях.Let us consider some of the variants of interdigital piezoelectric transducers, in which both busbars for supplying a signal to the electrodes are made in the form of an axisymmetric figure with maximum dimensions in mutually perpendicular directions.

Из фиг.3 видно, что длина взаимодействия света и ультразвука зависит от координаты x, если световой пучок направить вдоль оси Oy. Для решетки преобразователей в форме ромба (фиг.3) длина АО взаимодействия в пределах |x|≤0,5d изменяется как l(x)=L-2|x|ctg(α)=ms-2|x|ctg(α). В целом угол α определяет форму решетки; в зависимости от α соотношение для l(x) может быть пригодно для описания преобразователя в форме ромба, шестигранника и т.д.Figure 3 shows that the length of the interaction of light and ultrasound depends on the x coordinate if the light beam is directed along the Oy axis. For the lattice of converters in the form of a rhombus (Fig. 3), the length of the AO interaction within | x | ≤0.5d varies as l (x) = L-2 | x | ctg (α) = ms-2 | x | ctg (α ) In general, the angle α determines the shape of the lattice; depending on α, the relation for l (x) may be suitable for describing the converter in the form of a rhombus, hexagon, etc.

Обозначим отношение ширины электрода к периоду решетки как l0/s=k, k - коэффициент металлизации. Перепишем выражение (2) в видеWe denote the ratio of the electrode width to the lattice period as l 0 / s = k, k is the metallization coefficient. We rewrite expression (2) as

Figure 00000012
Figure 00000012

или в более упрощенном варианте:or in a more simplified version:

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
а
Figure 00000015
Where
Figure 00000014
but
Figure 00000015

Запишем интенсивность дифрагированного света для каждой парциальной составляющей в пределах размеров ультразвукового пучка:We write down the intensity of diffracted light for each partial component within the limits of the dimensions of the ultrasonic beam:

Figure 00000016
Figure 00000016

После интегрирования последнее выражение примет следующий вид:After integration, the last expression will take the following form:

Figure 00000017
Figure 00000017

подставив в которое η(F) и q1, получим окончательное выражение для АЧХ:substituting in which η (F) and q 1 , we obtain the final expression for the frequency response:

Figure 00000018
.
Figure 00000018
.

Данное выражение имеет смысл при

Figure 00000019
.This expression makes sense when
Figure 00000019
.

На фиг.4 приведены АЧХ, рассчитанные в соответствии с (3) для двух углов падения света Θ0=-2 и Θ0=-2-1/m и разных углов апподизации - α; зависимости, показанные на фиг.3,а, соответствуют одногорбым АЧХ, а на фиг.3, б - двугорбым. На фиг.5 приведены эти же АЧХ, построенные в логарифмическом масштабе. Расчеты проводились для следующих данных:Figure 4 shows the frequency response calculated in accordance with (3) for two angles of incidence of light Θ 0 = -2 and Θ 0 = -2-1 / m and different angles of apodization - α; the dependences shown in Fig. 3, a, correspond to one-humped frequency response, and in Fig. 3, b - two-humped. Figure 5 shows the same frequency response, built on a logarithmic scale. The calculations were carried out for the following data:

- длина волны лазерного излучения, падающего на переднюю грань АОД, λ=0,63 мкм;- the wavelength of laser radiation incident on the front face of the AOD, λ = 0.63 μm;

- центральная частота полосы пропускания АОД f0=1750 МГц;- the central frequency of the AOD bandwidth f 0 = 1750 MHz;

- полоса рабочих частот Δf=500 МГц;- operating frequency band Δf = 500 MHz;

- скорость ультразвука в пьезокристалле ν=3,6·103 м/с;- the speed of ultrasound in a piezocrystal ν = 3.6 · 10 3 m / s;

- показатель акустооптического качества М2=2,9·10-15 с3/кг;- indicator of acousto-optical quality M 2 = 2.9 · 10 -15 s 3 / kg;

- коэффициент преломления n=2,29;- refractive index n = 2.29;

- ширина пьезопреобразователя d=0,2 мм.- the width of the piezoelectric transducer d = 0.2 mm

Из анализа соотношения (3) и рассмотрения фиг.4. и 5 можно сделать вывод, что с изменением угла α в пределах от

Figure 00000020
до 90° относительная полоса ΔF, отсчитываемая по уровню 3 дБ, увеличивается на ≈16%. При этом дифракционная эффективность АОД падает с одновременным уменьшением пульсаций АЧХ вне основной полосы пропускания.From the analysis of relation (3) and consideration of figure 4. and 5, we can conclude that with a change in the angle α in the range from
Figure 00000020
up to 90 °, the relative band ΔF, measured at the level of 3 dB, increases by ≈16%. In this case, the diffraction efficiency of the AOD decreases with a simultaneous decrease in frequency response pulsations outside the main passband.

Характер изменения η при вариации нормированного угла апподизации

Figure 00000021
показан на фиг.6,а.The nature of the change η with variation of the normalized angle of appodization
Figure 00000021
shown in Fig.6, a.

В качественном отношении аналогичные зависимости характерны и для случая АОД с двугорбыми АЧХ с той разницей, что при Θ0=-2-1/m с увеличением угла α в полосе ΔF наблюдается резкое уменьшение неравномерности АЧХ. Зависимости ΔF=φ(α1) для обоих углов падения света приведены на фиг.6,б; они отличаются друг от друга абсолютным значением ΔF: при Θ0=-2-1/m полоса ΔF в среднем в 1,5 раза превышает ΔF АОД при Θ0=-2.Qualitatively, similar dependences are also characteristic of the case of AOD with bumpy frequency response with the difference that, at Θ 0 = -2-1 / m with an increase in the angle α, a sharp decrease in the frequency response is observed in the ΔF band. Dependences ΔF = φ (α 1 ) for both angles of incidence of light are shown in Fig.6, b; they differ from each other in the absolute value of ΔF: for Θ 0 = -2-1 / m the band ΔF is on average 1.5 times higher than ΔF AOD at Θ 0 = -2.

В результате проведенных расчетов при угле апподизации

Figure 00000022
полоса рабочих частот увеличивается на 16%, а неравномерность уменьшается почти в два раза по сравнению с прототипом.As a result of the calculations at the angle of apodization
Figure 00000022
the operating frequency band is increased by 16%, and the unevenness is almost halved compared to the prototype.

Следовательно, применение пьезопреобразователей, выполненных в виде осесимметричной фигуры с максимальными размерами во взаимно перпендикулярных направлениях, которые представляют собой систему встречно-штыревых электродов с противофазным возбуждением, причем обе шины подачи управляющего сигнала на электроды выполнены по форме осесимметричной фигуры, что приводит к увеличению полосы рабочих частот и уменьшению неравномерности АЧХ акустооптического дефлектора.Consequently, the use of piezoelectric transducers made in the form of an axisymmetric figure with maximum dimensions in mutually perpendicular directions, which are a system of interdigital electrodes with antiphase excitation, and both buses supplying a control signal to the electrodes are made in the form of an axisymmetric figure, which leads to an increase in the working band frequencies and reduce the frequency response of the acousto-optical deflector.

АОД может быть изготовлен на основе пьезокристалла LiNbO3, на срез YOZ которого нанесен пьезопреобразователь.AOD can be made on the basis of a LiNbO 3 piezocrystal, on the YOZ section of which a piezoelectric transducer is applied.

Сопоставимые данные для прототипа и заявляемого устройства получены для АОД на основе LiNbO3 с параметрами: длина волны лазерного излучения, падающего на переднюю грань АОД, λ=0,6328 мкм; центральная частота полосы пропускания АОД f0=1750 МГц; скорость ультразвука в пьезокристалле ν=3,6·103 м/с; показатель акустооптического качества М2=2,9·10-15 с3/кг; коэффициент преломления n=2,29; ширина пьезопреобразователя d=0,2 мм. Прототип работает в полосе рабочих частот Δf=500 МГц (по уровню 3 дБ) с максимальной дифракционной эффективностью η=5%/Вт.Comparable data for the prototype and the inventive device obtained for the AOD based on LiNbO 3 with parameters: wavelength of laser radiation incident on the front face of the AOD, λ = 0.6328 μm; central frequency of the AOD bandwidth f 0 = 1750 MHz; the speed of ultrasound in a piezocrystal ν = 3.6 · 10 3 m / s; the indicator of acousto-optical quality M 2 = 2.9 · 10 -15 s 3 / kg; refractive index n = 2.29; the width of the piezoelectric transducer d = 0.2 mm The prototype operates in the operating frequency band Δf = 500 MHz (at a level of 3 dB) with a maximum diffraction efficiency η = 5% / W.

Для изготовления пьезопреобразователя может быть использована широко известная технология фотолитографии, применяемая в полупроводниковой промышленности.The well-known photolithography technology used in the semiconductor industry can be used to make a piezoelectric transducer.

В качестве поглотителя 3 в заявляемом устройстве целесообразно использовать вещество с акустическим сопротивлением, близким к сопротивлению кристалла, чтобы обеспечить согласование звукопровода и поглотителя и избежать переотражения акустической волны в область акустооптического взаимодействия.As the absorber 3 in the inventive device, it is advisable to use a substance with acoustic impedance close to the resistance of the crystal, to ensure matching of the sound duct and the absorber and to avoid re-reflection of the acoustic wave in the region of acousto-optic interaction.

Claims (1)

Акустооптический дефлектор, содержащий в своем составе пьезокристалл в виде параллелепипеда, выполняющий роль светозвукопровода, на верхнюю грань которого нанесен встречноштыревой пьезопреобразователь, а на противоположную грань нанесен поглотитель, отличающийся тем, что пьезопреобразователь представляет собой систему встречноштыревых электродов с противофазным возбуждением, причем его обе шины подачи сигнала выполнены по форме осесимметричной фигуры с максимальным размером по длине электродов, приходящимся на центр пьезопреобразователя. An acousto-optic deflector containing a piezoelectric crystal in the form of a parallelepiped, acting as a light and sound conduit, on the upper face of which an interdigital piezoelectric transducer is applied, and an absorber deposited on the opposite side, characterized in that the piezoelectric transducer is a system of interdigital electrodes with antiphase excitation, moreover the signal is made in the form of an axisymmetric figure with a maximum size along the length of the electrodes falling on the center of the piezoelectric transducer The gentleman.
RU2007134647/28A 2007-09-17 2007-09-17 Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector RU2349945C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007134647/28A RU2349945C1 (en) 2007-09-17 2007-09-17 Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007134647/28A RU2349945C1 (en) 2007-09-17 2007-09-17 Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2349945C1 true RU2349945C1 (en) 2009-03-20

Family

ID=40545407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007134647/28A RU2349945C1 (en) 2007-09-17 2007-09-17 Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2349945C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4162121A (en) * 1977-04-14 1979-07-24 Xerox Corporation Linear array modulator
RU2038627C1 (en) * 1992-03-18 1995-06-27 Государственный центральный научно-исследовательский радиотехнический институт Acoustooptical deflector
US5805743A (en) * 1995-10-30 1998-09-08 Minolta Co., Ltd. Optical deflector and scanning optical system provided with the optical deflector
RU2243582C2 (en) * 2003-02-13 2004-12-27 Закрытое акционерное общество "Русское Технологическое Агентство" Acoustooptical semiconductor deflector and device built around it for controlling direction of radiation, wavelength, and power (alternatives)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4162121A (en) * 1977-04-14 1979-07-24 Xerox Corporation Linear array modulator
RU2038627C1 (en) * 1992-03-18 1995-06-27 Государственный центральный научно-исследовательский радиотехнический институт Acoustooptical deflector
US5805743A (en) * 1995-10-30 1998-09-08 Minolta Co., Ltd. Optical deflector and scanning optical system provided with the optical deflector
RU2243582C2 (en) * 2003-02-13 2004-12-27 Закрытое акционерное общество "Русское Технологическое Агентство" Acoustooptical semiconductor deflector and device built around it for controlling direction of radiation, wavelength, and power (alternatives)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7576471B1 (en) SAW filter operable in a piston mode
JPH0715799A (en) Ultrasonic transducer with reduced side lobes and method of manufacturing the same
CN114337582B (en) Surface acoustic wave resonator
CN102566193A (en) Acousto-optic deflector with phase-controlled transducer array
US5289073A (en) Unidirectional surface acoustic wave transducer
US4336514A (en) Acoustic wave devices
RU2349945C1 (en) Acoustooptical microwave surface ultrasound excitation deflector
US5805743A (en) Optical deflector and scanning optical system provided with the optical deflector
RU2448353C1 (en) Acoustooptical light modulator
RU2337387C2 (en) Acoustic-optical deflector
RU2461852C1 (en) Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector
US4527866A (en) Acousto-optic transducer
JPS63194236A (en) Light deflecting device
RU2284559C1 (en) Acoustic-optical deflector
RU125357U1 (en) ACOUSTOPTIC DEFLEXER WITH PLAYER CONVERTERS
RU2677117C1 (en) Acoustooptic bragg element
RU114382U1 (en) ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT
RU2208824C1 (en) Noncollinear optical filter
JPS6360889B2 (en)
RU87269U1 (en) WIDE-ACOUSTOPTIC DEFLECTOR
GB2060305A (en) Acoustic wave device including a reflective array
RU2512617C2 (en) Acoustic-optic multichannel analyser
RU2093877C1 (en) Method which decreases angular divergence of laser beam and device which implements said method
RU2168265C1 (en) Superhigh frequency delay line on volume acoustic waves
JP2610329B2 (en) Surface acoustic wave device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090918