Акустооптический преобразователь электромагнитного излучения

 

Изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением, в частности к устройствам управления излучением. Акустооптический преобразователь содержит рабочее тело, выполненное из стекла PbBr₂ · PbO · SiO₂ в виде прямоугольного бруска со шлифованными торцевыми и полированными боковыми гранями и пьезоэлектрический преобразователь, прикрепленный к одной из торцевых граней. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением, в частности к устройствам управления излучением.

Известно устройство, содержащее датчик и рабочее вещество - светозвукопровод. В качестве последнего обычно используются монокристаллы окисных соединений, например молибдат свинца, ниобат и танталат лития и другие, а также и аморфные материалы: плавленый кварц, теллуритные и халькогенидные стекла, тяжелый флинт [1].

Недостатком этих устройств при использовании во всем видимом диапазоне спектра (0,4-0,7 мкм) является низкий коэффициент преобразования (плавленый кварц, тяжелый флинт, теллуритные стекла), низкая прозрачность в коротковолновой части видимого спектра (КРС-5, халькогенидные стекла), сложность изготовления и высокая стоимость (монокристаллы).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является акустооптический преобразователь, содержащий пьезоэлектрический датчик и рабочее тело, в качестве которого использован ориентированный по кристаллографическим направлениям прямоугольный брусок бромида свинца. Боковые грани кристалла подвергнуты оптической полировке, а к одному из плоскопараллельных торцов с помощью связки крепится пьезоэлектрический датчик [2].

Однако описанное устройство, позволяя получать высокий коэффициент преобразования, характеризуется сложностью изготовления рабочего тела (монокристалл бромида свинца) и ограничением, связанным с определенной ориентацией кристаллографических осей рабочего тела в рентгендифрактометре и выбором источников электромагнитного излучения из-за оптической анизотропии бромида свинца.

Заявляемый акустооптический преобразователь направлен на расширение арсенала технических средств указанного назначения.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается, во-первых, в реализации этого назначения. Во-вторых, предлагаемое устройство обеспечивает получение других технических результатов: упрощение технологии изготовления за счет упрощения изготовления рабочего тела и исключения ориентирования рабочего тела в рентгендифрактометре, снижение требований к источникам электромагнитного излучения.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в акустооптическом преобразователе, содержащем рабочее тело в виде прямоугольного бруска со шлифованными торцевыми и полированными боковыми гранями и пьезоэлектрический преобразователь, прикрепленный к одной из торцевых граней, рабочее тело выполнено из стекла PbBr₂ · PbO · SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%: PbBr₂ - 44 ^oC 51 PbO - 41 ^oC 50 SiO₂ - Остальное От наиболее близкого аналога заявляемое устройство отличается тем, что рабочее тело выполнено из стекла PbBr₂ · PbO · SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%: PbBr₂ 44 ^oC 51; PbO 41 ^oC 50; SiO₂ - остальное.

На чертеже показан предлагаемый преобразователь.

Преобразователь содержит пьезоэлектрический датчик 1 из ниобата лития, рабочее тело 2 из стекла PbBr₂ · PbO · SiO₂. Торцевые грани рабочего тела подвергнуты тонкой шлифовке, а боковые грани - оптической полировке. Пьезоэлектрический датчик прикреплен к одной из торцевых граней рабочего тела.

Преобразователь работает следующим образом.

Пьезоэлектрический датчик 1 возбуждает в рабочем теле 2 продольную упругую волну. При прохождении упругой волны в стекле вследствие упругооптического эффекта возникают изменения показателя преломления. Эти изменения приводят к образованию фазовой дифракционной решетки, период которой равен длине волны. Падающий на такую решетку световой пучок (показан пунктиром) испытывает явление дифракции. Интенсивность дифракционного пучка зависит от показателя преломления η , упругооптической постоянной p, плотности среды ρ , скорости упругой волны V и плотности акустической мощности P_ак Коэффициент преобразования, определяющий эффективность дифракции, характеризуется критерием акустооптического качества Эффективность дифракции на стекле PbBr₂ · PbO · SiO₂ для световой волны с поляризацией, совпадающей с направлением распространения упругой волны, составляет 236 · 10^-15С³кг^-1, что несколько ниже чем у кристалла бромида свинца (420 · 10^-15С³кг^-1) при распространении упругой волны в направлении [001] и поляризации света [001].

Так как в заявляемом акустооптическом преобразователе рабочее тело выполнено из стекла, оптически прозрачного вещества, то это снижает требования к источникам электромагнитного излучения, исключает ориентирование рабочего тела в рентгендифрактометре. Кроме того, технология получения рабочего тела в данном случае значительно проще, чем выращивание монокристалла для использования его в качестве рабочего тела.

Оксигалогенидные стекла системы PbBr₂ · PbO · SiO₂ были синтезированы на воздухе из исходных компонентов марки о.с.ч. - ч.д.а. - ч.д.а соответственно. Отливки стекол массой до 60 г были получены из расплава путем быстрого охлаждения в изложницах. Для снятия напряжений образцы отжигали при 220 ^oC в течение 20 ч на воздухе.

Выбранное соотношение компонентов определяется областью стеклования системы PbBr₂ · PbO · SiO₂ в указанных пределах. За пределами выбранного интервала значений ингредиентов образуются поликристаллы, которые характеризуются аномально высоким рассеянием светового луча. Такие поликристаллы непригодны к использованию в качестве рабочего тела акустооптического преобразователя.

Для трех приведенных примеров M₂ составила 236 · 10¹⁵с³кг^-1: Пример 1. Соотношение компонентов, мас.%:
PbBr₂ - 44
PbO - 51
SiO₂ - 5
Пример 2. Соотношение компонентов, мас.%:
PbBr₂ - 51
PbO - 41
SiO₂ - 8
Пример 3. Соотношение компонентов, мас.%:
PbBr₂ - 47
PbO - 45
SiO₂ - 8
Акустооптический преобразователь электромагнитного излучения на основе стекла PbBr₂ · PbO · SiO₂ является прозрачным в коротковолновой области видимого спектра и может быть использован в диапазоне длин волн до 0,4 мкм, кроме того, технология получения рабочего тела в данном случае значительно проще, чем выращивание монокристалла для использования его в качестве рабочего тела.

Формула изобретения

Акустооптический преобразователь электромагнитного излучения, содержащий рабочее тело из вещества, включающего бромид свинца PbBr₂ в виде прямоугольного бруска со шлифованными торцевыми и полированными боковыми гранями, и пьезоэлектрический преобразователь, прикрепленный к одной из торцевых граней, отличающийся тем, что рабочее тело выполнено из стекла PbBr₂ · PbO · SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
PbBr₂ - 44 - 51
PbO - 41 - 50
SiO₂ - Остальноее

РИСУНКИ

Рисунок 1