Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя



Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя
Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя
Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя
Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя
Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя
Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя
Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя

 


Владельцы патента RU 2559994:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к акустооптическому устройству, предназначенному для управления оптическим излучением посредством акустооптической брэгговской дифракции света на звуке, и может использоваться для управления амплитудой, частотой, фазой и поляризацией оптического излучения. Акустооптическое устройство содержит акустооптический кристалл, пьезопреобразователь и управляющий элемент для изменения угла наклона, расположенный между акустооптическим кристаллом и пьезопреобразователем и жестко связанный с последним. Управляющий элемент выполнен в виде двух призм, соприкасающихся друг с другом двумя плоскостями и установленных с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной поверхности кристалла и оси, перпендикулярной плоскостям соприкосновения призм. Технический результат - увеличение точности установки угла наклона пьезопреобразователя к акустооптическому кристаллу. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к акустооптическому устройству, предназначенному для управления оптическим излучением посредством акустооптической брэгговской дифракции света на звуке, и может использоваться для управления амплитудой, частотой, фазой и поляризацией оптического излучения. Известно акустооптическое устройство [Магдич Л.П., Молчанов В.Я. Акустооптические устройства и их применение. - М.: Советское Радио, 1978. 110 с.], содержащее акустооптический кристалл и пьезопреобразователь. Пьезопреобразователь расположен на грани акустооптического кристалла, наклоненной на заданный угол относительно оптической оси кристалла.

Недостатком известного устройства является невозможность изменения угла наклона пьезопреобразователя относительно акустооптического кристалла.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции устройством, лишенным вышеуказанного недостатка, является устройство [Котов В.М. Квантовая электроника. 1995. Т.22, №6. С.579-582], содержащее акустооптический кристалл, пьезопреобразователь и управляющий элемент для изменения его угла наклона, расположенный между акустооптическим кристаллом и пьезопреобразователем. Управляющий элемент содержит выпуклую и вогнутую линзы. Одна поверхность линз - сферическая, другая - плоская. Линзы контактируют между собой сферическими поверхностями, причем радиусы сферических поверхностей равны друг другу. Линзы установлены с возможностью перемещения относительно друг друга по сферическим поверхностям. Плоская поверхность первой линзы жестко связана с пьезопреобразователем, плоская поверхность второй линзы жестко связана с поверхностью акустооптического кристалла. Устройство работает следующим образом. Путем перемещения линзы с закрепленным на ней пьезопреобразователем относительно линзы с акустооптическим кристаллом по сферической поверхности последней изменяют угол наклона пьезопреобразователя относительно поверхности акустооптического кристалла. Описанной операцией устанавливается угол, необходимый для получения максимальной эффективности дифракции оптического излучения в кристалле.

Недостатком известного устройства является существенное искажение луча, дифрагировавшего на акустической волне, поскольку при прохождении акустической волны через две сферические поверхности возникает сильная амплитудная и фазовая неоднородность волны. Кроме того, при использовании акустических волн большой мощности происходит неравномерное нагревание линз, что приводит к неодинаковому изменению радиусов кривизны линз, ухудшению контакта между сферическими поверхностями, и, как следствие, к уменьшению эффективности дифракции. Другим недостатком является низкая точность установления угла наклона, что затрудняет получение максимальной эффективности брэгговской дифракции.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, состоит в создании акустооптического устройства с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя, обеспечивающего повышенную точность перестройки, существенно меньшие искажения дифрагировавшего луча и увеличенную эффективность дифракции.

Поставленная задача решается тем, что в известном акустооптическом устройстве с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя, содержащем акустооптический кристалл, пьезопреобразователь и управляющий элемент для изменения угла наклона, расположенный между акустооптическим кристаллом и пьезопреобразователем и жестко связанный с последним, управляющий элемент выполнен в виде двух призм, соприкасающихся между собой двумя плоскостями и установленных с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной поверхности кристалла и оси, перпендикулярной плоскостям соприкосновения призм.

Для того чтобы иметь возможность независимо менять угловую ориентацию пьезопреобразователя относительно управляющего элемента, в последнем дополнительно может быть использована пластина, расположенная между пьезопреобразователем и ближайшей к нему призмой управляющего элемента, жестко связанная с пьезопреобразователем и установленная с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости соприкосновения пластины и упомянутой призмы.

Предложенное техническое решение поясняется рисунками, где на фиг. 1 приведена оптическая схема предлагаемого акустооптического устройства, на фиг. 2 - схематический вид устройства сверху, на фиг. 3 - схема устройства с дополнительной пластиной.

Предлагаемое устройство содержит акустооптический кристалл 1 (фиг. 1), управляющий элемент, содержащий первую призму 2 с углом α1 при вершине, вторую призму 3 с углом α2 при вершине, и пьезопреобразователь 4, расположенный под углом ψ к поверхности акустооптического кристалла 1. Призма 2 имеет возможность вращаться вокруг оси А-А1, перпендикулярной поверхности акустооптического кристалла 1, призма 3 жестко связана с пьезопреобразователем 4 и имеет возможность вращаться вокруг оси В-В1, перпендикулярной плоскостям соприкосновения призм 2 и 3. На фиг. 2 показан вид сверху на предлагаемое акустооптическое устройство, где ребра призм 2 и 3 повернуты на углы φ1 и φ2 относительно нормалей к плоскости Р, содержащей падающее оптическое излучение I и ортогональной к плоскости соприкосновения акустооптического кристалла 1 и призмы 2. Другое устройство (фиг. 3), содержащее акустооптический кристалл 1, пьезопреобразователь 4, управляющий элемент для изменения угла наклона, состоящий из двух призм 2 и 3 и пластины 5. При этом пластина 5 расположена между призмой 3 и пьезопреобразователем 4 и жестко связана с ним. Пластина 5 установлена с возможностью вращения вокруг оси С-С1, перпендикулярной плоскости соприкосновения пластины 5 и призмы 3. Устройство управления оптическим излучением работает следующим образом. Оптическое излучение I направляется на кристалл 1 (см. фиг. 1) параллельно грани акустооптического кристалла, соприкасающейся с призмой 2. На пьезопреобразователь 4 подается высокочастотный сигнал. В результате брэгговской дифракции на выходе кристалла 1 образуются лучи нулевого I0 и первого I1 дифракционных порядков. Угол Брэгга θB В определяется из условия

где λ - длина волны оптического излучения, n - показатель преломления кристалла; f и V2 - частота и скорость распространения акустической волны в кристалле 1. Полагая, что призмы 2 и 3 управляющего элемента изготовлены из одного материала, угол ψ наклона пьезопреобразователя 4 определяется из условия

где V1 - скорость акустической волны в материале призм.

Угол ψ наклона пьезопреобразователя устанавливается путем поворота призм 2 и 3 в противоположных направлениях так, чтобы углы φ1 и φ2 между ребрами призм 2 и 3 (см. фиг. 2) и нормалями к плоскости Р, содержащей падающее излучение I и ортогональной к плоскости соприкосновения акустооптического кристалла 1 с призмой 2, равнялись

где ψ - угол наклона пьезопреобразователя 4 к поверхности акустооптического кристалла 1, соприкасающейся с призмой 2, α1 - угол при вершине призмы 2, α2 - угол при вершине призмы 3, р=0.5(ψ+α12).

Пример

1. В качестве акустооптического кристалла 1 выбран кристалл ТеO2, вырезанный по граням {110}, {1 1 ¯ 0} и {001}. Кристалл 1 соприкасается с призмой 2 гранью {110}. Призмы 2 и 3 изготовлены из халькогенидного стекла и имеют углы при вершинах соответственно α1=5° и α2=7°. Пьезопреобразователь 4 изготовлен из кристалла LiNbO3. Через акустооптический кристалл 1 распространяется оптическое излучение с длиной волны 0.63*10-4 см ортогонально грани {001}. К пьезопреобразователю 4, генерирующему поперечную акустическую волну, приложен электрический сигнал частотой 100 МГц. Угол Брэгга θВ в акустооптическом кристалле определяется соотношением (1), где λ=0.63*10-4 см, n=2.26, f=100 МГц, V2=0.617*105 см/с, и равен θB=1.296°. Скорость поперечной акустической волны в призмах 2 и 3 равна V1=1.49*105 см/с. Согласно выражению (2) определяется угол ψ наклона пьезопреобразователя 4, равный 3.13°. Из выражения (3) определяются углы φ1 и φ2: φ1=63.0°, φ2=39.5°.

Для оценки диапазона изменения угла ψ при изменении углов φ1 и φ2 упростим соотношения (3), положив в них α12=α, тогдаИз последнего соотношения получим:

Где φ=φ12. Продифференцировав (4), получим:

здесь Δψ и Δφ - изменения углов ψ и φ соответственно. Максимальное значение Δψ достигается при φ≈90°. В этом случае | Δ ψ / Δ ϕ | = 2 α , т.е. отношение изменения углов Δψ и Δφ определяется углом α. Положив для оценок Δφ=1°, α≈3°, получим: Δψ≈0.104°. Откуда видно, что изменение Δψ существенно меньше изменения Δφ. Из выражения (5) следует, чем меньше угол α, тем выше точность установки угла ψ. В прототипе угол ψ устанавливается непосредственно, поэтому возникает необходимость в использовании котировочной механики с повышенными требованиями к точности установок. В предлагаемом нами устройстве необходимая точность установки угла ψ достигается без привлечения дополнительных котировочных приспособлений.

Поставленная в изобретении задача достигается за счет использования элементов, содержащих плоские поверхности, посредством которых элементы соприкасаются между собой. Тем самым создаются одинаковые условия для всех участков акустической волны при пересечении ею плоских границ. Этим обеспечивается сохранение высокой однородности акустических волн. Использование перемещения призм относительно друг друга по плоским поверхностям в направлениях, ортогональных направлению изменения угла ψ, позволяет существенно увеличить точность установки угла ψ наклона пьезопреобразователя к акустооптическому кристаллу. Все это обеспечивает получение дифрагировавшего луча с минимальными искажениями и с максимальной интенсивностью.

1. Акустооптическое устройство с перестраиваемым углом наклона пьезопреобразователя, содержащее акустооптический кристалл, пьезопреобразователь и управляющий элемент для изменения угла наклона, расположенный между акустооптическим кристаллом и пьезопреобразователем и жестко связанный с последним, отличающееся тем, что управляющий элемент изменения угла наклона выполнен в виде двух призм, соприкасающихся друг с другом двумя плоскостями и установленных с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной поверхности кристалла и оси, перпендикулярной плоскостям соприкосновения призм.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющий элемент содержит пластину, расположенную между пьезопреобразователем и ближайшей к нему призмой управляющего элемента, причем пластина жестко связана с пьезопреобразователем и установлена с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости соприкосновения пластины и упомянутой призмы.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области прикладной оптики и касается двойного акустооптического монохроматора на одном кристалле. Монохроматор содержит первый поляризатор, акустооптическую ячейку, второй поляризатор и поворотную призму, установленную с возможностью возврата оптического луча во второй поляризатор.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве широкополосного измерителя частоты радиосигналов. Технический результат, заключающийся в расширении полосы рабочих частот, достигается тем, что в акустооптический спектроанализатор, содержащий в своем составе лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, глухое зеркало, две интегрирующие линзы и две линейки фотоприемных устройств, в котором измеряемый радиосигнал подается на пьезопреобразователь акустооптического дефлектора, а на одну из его оптических граней лазерное излучение падает под отрицательным углом Брэгга и дифрагирует по направлению последовательно расположенных первой интегрирующей линзы и первой линейки фотоприемных устройств, а на вторую оптическую грань акустооптического дефлектора лазерное излучение, переотражаясь от глухого зеркала, падает под положительным углом Брэгга и дифрагирует по направлению последовательно расположенных второй интегрирующей линзы и второй линейки фотоприемных устройств, дополнительно между первой и второй гранями акустооптического дефлектора и первой и второй интегрирующими линзами включены первый и второй поляроиды, а акустооптический дефлектор выполнен на основе ниобата лития с косым углом среза, равным β, и аномальной дифракцией, характеризуемой наличием двух одинаковых полос пропускания ΔfΣ1 и ΔfΣ2 вблизи отличающихся частот перегиба f01 и f02, задаваемых соответствующей величиной угла β, и между собой взаимосвязанных посредством f02-f01≃ΔfΣ1≃ΔfΣ2, причем протяженность по свету пьезопреобразователя акустооптического дефлектора выбрана из условия совмещения полос ΔfΣ1 и ΔfΣ2 по заданному уровню неравномерности дифракционной эффективности.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании лазерных установок гравировки, маркировки и раскройки материалов, а также проекционных систем повышенной четкости.

Изобретение относится к акустооптике и лазерной технике, в частности к акустооптическому модулятору пучка оптического излучения. .

Изобретение относится к устройствам для управления лазерным излучением. .

Изобретение относится к акустооптическим модуляторам света (АОМ) на стоячих упругих волнах, предназначенным для осуществления амплитудной модуляции непрерывного когерентного оптического излучения, и может быть использовано для синхронизации мод лазеров, модуляции добротности.

Изобретение относится к квантовой электронике, лазерной спектроскопии, акустооптике и может быть использовано для широкополосной частотной стабилизации лазеров и сужения спектра их излучения.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для точного управления лазерным излучением. .

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в качестве перестраиваемого узкополосного фильтра в анализаторах спектров оптического излучения. .

Изобретение относится к области приборостроения. .

Изобретение относится к области спектрометрии и касается акустооптического анализатора спектра оптических сигналов. Анализатор включает в себя акустооптический фильтр, фотоприемное устройство, радиочастотный анализатор спектра и цепь обратной связи. Акустооптический фильтр включает в себя анизотропный кристалл, поляризатор и анализатор. Анизотропный кристалл вырезан таким образом, чтобы обеспечивать коллинеарный режим дифракции света на ультразвуке с рассеянием излучения одновременно в несколько дифракционных порядков. Поляризатор и анализатор ориентированы таким образом, чтобы на выходе акустооптического фильтра существовали +1-й, -1-й и 0-й дифракционные максимумы. Радиочастотный анализатор спектра электрически связан с выходом фотоприемного устройства и обеспечивает регистрацию спектра электрического сигнала фотоприемного устройства. Цепь электрической обратной связи связывает выход фотоприемного устройства с входом пьезоэлектрического преобразователя акустооптического фильтра. Технический результат заключается в повышении спектрального разрешения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается акустооптического перестраиваемого фильтра. Фильтр включает в себя поляризатор, акустооптическую ячейку, анализатор, светоделитель, фотоприемное устройство, цепь электрической обратной связи и радиочастотный генератор. Акустооптическая ячейка обеспечивает коллинеарный режим дифракции с рассеянием излучения одновременно в несколько дифракционных порядков. На выходе из анализатора осуществляется интерференция +1, -1 и 0 дифракционных максимумов. Цепь обратной связи связывает фотоприемное устройство и пьезоэлектрический преобразователь ячейки. Радиочастотный генератор выполнен с возможностью управления амплитудой и частотой сигнала генерации и предназначен для управления положением и шириной полосы пропускания фильтра. Технический результат заключается в уменьшении полосы пропускания и обеспечении возможности управления шириной и положением полосы пропускания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх