Акустооптическое устройство для отклонения оптического излучения и сдвига его частоты

 

АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СДВИГА ЕГО ЧАСТОТЫ, включающее кристалл из фотоупругого материала. на противоположньк концах которого в первом акустическом канапе расположены первый пьезоэлектрический преобразователь и поглотитель, о тличающееся тем, что, с целью повышения стабильности угла отклонения оптического излучения в широком диапазоне температур,оно дополнительно содержит второй акустический канал, параллельный первому , а также второй и третий пьезоэлектрические преобразователи, расположенные на концах кристалла во втором акустическом канале, усилиi тель и устройство для повьпиения частоты , причем вход усилителя подклю (Л С чен к третьему пьезоэлектрическому преобразователю, выход - к второму преобразователю и через устройство для повьппения частоты - к первому преобразователю. со 00 О) со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„73 3863 (я) 4 G 02 F 1/33

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 i ) 2577359/18-25 (22) 07.02.78 (46) 23.08.85. Вюл. У 31 (72) С.Н. Антонов, M.Я, Меш и В.В ° Проклов (71) Ордена Трудового Красного Зна.мени институт радиотехники и элек: троники АН СССР (53) 535.853.8 (088,8) (56) 1. Ребрин 10.К. Управление оптическим лучом в пространстве. М,, "Сов.радио", 1977.

2. Лазерные допплеровские измерители скорости. Под ред. 10.Н. Нестерихина. Новосибирск, "Наука", 1975, с. 90-119 (прототип). (54)(57) АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СДВИГА ЕГО ЧАСТОТЫ, включающее кристалл из фотоупругого материала, на противоположных концах которого в первом акустическом канале расположены первый пьезоэлектрический преобразователь и поглотитель, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности угла отклонения оптического излучения в широком диапазоне температур,оно дополнительно содержит второй акустический канал, параллельный первому, а также второй и третий пьезоэлектрические преобразователи, расположенные на концах кристалла во втором акустическом канале, усилитель и устройство для повышения частоты, причем вход усилителя подключен к третьему пьезоэлектрическому преобразователю, выход — к второму преобразователю и через устройство для повышения частоты — к первому преобразователю.

731863!

55

Изобретение относится к акустооптическим устройствам, предназначенным для отклонения оптического излучения и- сдвига его частоты в оптических системах обработки инфор- 5 мации, лазерных допплеровских измерителях скорости, системах оптическо:: фильтркции и т.п.

Известны устройства управления оптическим лучой $1j.

Наиболее близким к изобретению ехническим решением является акустооптическое устройство, содержащее кристалл из фотоупругого материала, на противоположных концах которого в одном акустическом канале расположены пьезоэлектрический преобразователь и поглотитель. Пьезоэлектрический преобразователь связан с генератором высокочастотных колебаний LZJ °

Однако такое устройство имеет сравнительно низкую стабильность угла отклонения, связанную, в частности, с зависимостью сКорости звука в кристалле от температуры и имеющую, например, значение порядка 10

-10 — :для кристаллов ТеО иэ

1 град

2 срезов с высоким значением акустоопти- ЗО ческого качества. Здесь следует учесть. что помимо окружающей среды,на температуру кристалла влияет выделяемая пьезопреобразователем мощность, которая в непрерывном режиме может дости"35 гать величины порядка 3-5 Вт.

Различные способы, применяемые для термостабилизации, в данном случае приводят к усложнению и увеличению размеров акустооптического уст- 40 ройства, что .неизбежно приводит к изменению оптического тракта в целом.

В то же время стабильность угла отклонения является весьма важным параметром в системах обработки ин" 45 .формации, в лазерных допплеровских измерителях скорости.

Цель изобретения — повышение стабильности угла отклонения оптического излучения при-изменении тем- 50 пературы в широком диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство дополнительно содержит второй акустический канал, параллельный первому, второй и третий пьезоэлектрические преобразователи, расположенные на указанных концах кристалла во втором акустическом канале, усилитель и устройство для повышения частоты,причем вход усилителя подключен к третьему пьезоэлектрическому преобразователю, выход - к второму преобразователю и через устройство для повышения частоты — к первому преобразователю.

В качестве устройства для повышения частоты можно испольэовать умножитель частоты, гетеродинный смеситель, перестраиваемый параметрический генератор, последовательно соединенный с умножителем частоты и т.п.

На чертеже изображено предлагаемое устройство на объемных акустических волнах.

Устройство содержит кристалл из фотоупругого материала 1, первый пьезопреобразователь 2, второй пьезопреобразователь 3, третий пьезопреобраэователь 4, поглотитель 5, усилитель 6 с коэффициентом усиления, превосходящим потери преобразования в канале второго 3 и третьего 4 преобразователей,умножитель 7 частоты. Первый преобразователь 2 и поглотитель 5 расположены в первом акустическом канале, второй 3 и третий 4 преобразователи расположены во втором акустическом канале, параллельном первому. Источник 8 оптического излучения расположен под брэгговским углом к направлению распространения акустической волны в кристалле 1 (в некоторых случаях этот угол может быть иным, например, в раман-натовском режиме).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При включении усилителя 6 на обкладке .преобразователя 3 возникает шумовое напряжение, которое преобразуется в акустические колебания, распространяющиеся вдоль кристалла 1 во втором акустическом канале и возбуждающие на преобразователе 4 электрическое напряжение. При этом электрическое напряжение, поступающее с усилителя 6 через умножитель частоты 7 на преобразователь 2,возбуждает в кристалле 1 другую акустическую волну, распространяющуюся в первом акустическом канале. По окончании переходного процесса в цепи усилителя устанавливается стоячая акустическая волна с задающей частотой „, а в

731863 (4) Редактор С. Титова Техред С.Мигунова Корректор M. Максимишинец

Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5766/".-, Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 первом акустическом канале распространяется бегущая акустическая волна с рабочей частотой Г = К1„, где коэффициент умножения частоты умножителя 7, причем длины акустических волн в обоих каналах неодинаковы.

Для волн с частотой Е1 и выпол4Л2 ДЛ„ няется соотношение — = —,где Л2—

Д1 Л2 длина акустической волны в первом канале, 711 — длина акустической волны во втором канале, а аЛ, и и — соответственно изменения длин волн в каждом канале под действием

h1 температуры причем Л = — . Суммарный

У г= 1 набег фаэ в электрических цепях и в акустической ячейке кратен 27, что можно записать в виде следующего выажения:

2л f„l

М Ф " =2pN, {1) где (†-набег фаз в электрической цепи, f — задающая частота акустической волны, ч — скорость звука в кристалле, L — длина кристалла, М вЂ” целое число (номер генерируемой моды). Бегущая акустическая волна создает в первом акустическом канале динамическую дифракционную решетку с периодом, равным длине звуковой волны. На этой решетке происходит дифракция оптического излучения от источника 8, при которой часть светового излучения отклоняется на угол 8 .определяемый из выражения

sinB=

Сб 1 (2)

Для предлагаемого устройства угол отклонения с использованием выражений (1) и (2) может быть записан в следующем виде:

27(М- М, 1. Е=З с6 (з!

Из выражения (3) видно, что в предложенном устройстве угол отклонения не зависит от скорости звука в кристалле при работе на одной определенной моде (hf = const).

Из выражения (1) можно определить частотное расстояние между двумя соседними модами

Частота звуковой волны под дей1

1Î ствием температуры может изменяться на величину ь, определяемую экспериментально .1 равную, например, в

Те0, в направлении(110): f = f„(Z-3) 1о (5)

Если Z f f то происходит переход с моды на моду, т.е. условие Н =

= const не соблюдается, что приводит к изменению угла отклонения В. Как

2О видно из выражения (5), величина а пропорциональная задающей частоте „ может быть. уменьшена до

dk (f за счет уменьшения

С другой стороны, сдвиг частоты

25 дифрагированного оптического излучения, равный bf, в используемых устройствах обычно составляет величину не менее 20 МГц, а необходимый угол отклонения на меньших частотах также не достигается. При работе на таких частотах и характерной длине применяемых кристаллов (1 см) при изменении температуры на 20-25 С превышает с55. Введение умножителя частоты в электрическую цепь между усилителем и первым акустическим каналом позволяет выбрать задающую часто- ту „, удовлетворяющей условию

В f < f а рабочую частоту .-опти40 мальной для сдвига частоты оптического излучения и необходимого угла дифракции. Тем самым в предложенном устройстве достигается стабильность угла отклонения 6 в широком диапазоне рабочих температур.

Устройство может быть выполнено как на объемных, так и на поверхностных акустических волнах.