Способ акустооптического сканирования объекта

 

1. СПОСОБ АКУСТООПТИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА, включающий направление плоскополяризованного излучения, отраженного или излученного объекта,на анизотропную акустооптическую дифракционную ячейку, возбуждение в последней акустической волны на частоте, обеспечивающей брэгговскую дифракцию части указанного излучения, направление дифрагированного излучения на фотоприемник и изменение частоты акустической волны для регистрации всего излучения , отличающийся тем, что, с целью увеличения угла сканирования , поворачивают при дифракции плоскость поляризации дифрагированного излучения на 90, вьщеляют с помощью поляризационного анализатора дифрагированное излучение из общего потока излучения, частоту акустической волны выбирают в пределах диапазона, для которого угловое направление дифрагированного излучения S существенно зависит от частоты, а вьщеленное анализатором излучение из (Л равных угловых направлений собирают и направляют на фотоприемник. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что диапазон изменения частот акустической волны выби рают в области максимальной крутизны сх зависимости брэгговского угла от 4 СП частоты. 1 СО

„„SU„„4549

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (s<)4 G 02 F 1/33

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2812822/18-25 (22) 15 ° 06.79 (46) 23.08.85. Бюл, У 31 (72) В.В. Проклов и С.Н. Антонов (71) Фрязинская часть Ордена Трудового Красного Знамени института радиотехники и электроники АН СССР (53) 535.511 (088.8) (54)(57) 1. спосоБ Акустооптического

СКАНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА, включающий направление плоскополяриэованного излучения, отраженного или иэлученного объекта,на анизотропную акустооптическую дифракционную ячейку, возбуждение в последней акустической волны на частоте, обеспечивающей брзгговскую дифракцию части указанного излучения, направление дифрагированного излучения на фотоприемник и изменение частоты акустической волны для регистрации всего излучения, отличающийся тем, что, с целью увеличения угла сканирования, поворачивают при дифракции плоскость поляризации дифрагированного излучения на 90, выделяют с помощью поляриэационного анализатора дифрагированное излучение из общего потока излучения, частоту акустической волны выбирают в пределах диапазона, для которого угловое направление дифрагированного излучения существенно зависит от частоты, а выделенное анализатором излучение из разных угловых направлений собирают и направляют на фотоприемник;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диапазон изменения частот акустической волны выбирают в области максимальной крутизны зависимости брэгговского угла от частоты.

25

35 ба.

45

Изобретение относится к способу оптического сканирования объекта с использованием брэгговской дифракции света на акустических волнах и может быть использовано в системах оптической навигации, в системах обработки информации в видеокамерах и т.п.

Известен способ акустооптического сканирования объекта, заключающийся в том, что оптическое излучение от объекта с помощью n — - позиционного . переключателя последовательно направляют на и идентичных, работающих синхронно с переключателем акусто-. оптических дифлекторов, на каждый из которых подают частотно-модули-: рованный по пилообразному закону сигнал, сдвинутый относительно соседнего дефлектора на 1/n-ю часть периода сканирования.

Этот способ обеспечивает достаточно большой угол сканирования,но для его осуществления, требуется сложное с большими габаритами устройство, содержащее и дефлекторов, и — позиционный переключатель,устройство для синхронизации работы переключателя и дефлекторов, устройство для,сдвига фазы сигналов, подаваемых на дефлекторы. Наиболее близким по технической сущности является способ акустооптического сканирования объекта, включающий направление плоскополяриэованного излучения от сканируемого объекта на аниэотропную акустооптическую ячейку, возбуждение в ячейке акус= тооптических волн на частоте, обеспечивающей дифракцию угловой части указанного излучения, расположенной под брегговским углом к направлению распространения акустических волн в ячейке, направление дифрагированного излучения на.фотоприемник H изменение частоты акустических волн вблизи частоты, являющейся точкой перегиба на кривой зависимости угла дифракции от частоты .для данной длины волны излучения, т.е. в области участка этой кривой, имеющего малую крутизну..

Цель изобретения — разработка способа акустооптического сканирования объекта, обеспечивающего больший угол сканирования при низкой . центральной частоте акустических волн, возбуждаемых в акустооптичес кой ячейке.

Для достижения этой цели в способе акустооптического сканирования обьекта, включающем направление плоскополяризованного излучения от сканируемого объекта на анизотропную

; акустооптическую дифракционную ячейку, возбуждение в последней акустических волн на частоте,обеспечивающей дифракцию угловой части укаэанного излучения, расположенной под брэгговским углом к направлению распространения акустических волн в ячейке, направление дифрагированного излучения на фотоприемник и изменение частоты акустических волн, возбуждаемых в:ячейке,для сканирования различных точек объекта, поворачивают при дифракции плоскость дифрагированного излучения на 90 относительно плоскости поляризации излучения на входе ячейки и выделяют с помощью поляризован-. ного анализатора дифрагированное излучение из общего потока иэлучения на выходе ячейки, при этом в процессе сканирования частоту акустических волн выбирают в пределах диапазона, для которого угловое направление дифрагированного излучения существенно зависит от частоты, излучение иэ разных угловых направлений на выходе анализатора собирают на фотоприемник.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого спосоУстройство содержит акустооптическую ячейку 1, соединенную с генератором 2 высокочастотных колебаний, поляризационный анализатор 3, расположенный на выходе ячейки 1 и ориентированный на пропускание дифрагированного излучения, собирающую линзу 4 и фотоприемник 5. Акустооптическая ячейка 1 и фотоприемник 5 расположены в сопряженных точках линзы 4 на расстоянии „ от нее.

Акустооптическая ячейка 1 выполнена из анизотропного акустического материала, например кристалла парателлурита, на котором расположен пьеэопреобраэователь так, чтобы возбуждаемые им акустические волйы распространялись в кристалле в направлении (110), а вектор поляризации этих волн был направлен по до значения вблизи Е, (,см. фиг.2). При этом брэгговскому сннхронизму будет соответствовать другая угловая часть л (. излучения от сканируемого объекта (см.фиг.1).

Дифрагированное излучение угловой части ла аналогично описанному выше процессу, выделяют из общего потока излучения на выходе ячейки с помощью анализатора 3. Угловое направление этой части излучения на выходе анали атора 3 не совпадает с угловым направлением дифрагированного излучения угловой части д (,, так как частоты j„ и находятся в области частотных характеристик ячейки, где зависимости угла дифракции от частоты 8<(ff имеет высокую крутизну (см.фиг.2). Дифрагированное излучение угловой части Ао направляют с помощью линзы 4 на фотоприемник. Аналогичным образом, изменяя частоту акустических волн в области, расположенной вблизи частоты „, сканируют различные точки объекта.

Как видно из вышеизложенного, в данном способе пространственное разделение дифрагированного и недифрагированного излучений на выходе акустооптической ячейки не обяза- тельно. Это дает возможность работать в области частот ниже частоты, „т.е ° в той области, где крутизна зависимостей ОА ® и

g (f) для анизотропной дифракции максимальна. На фиг.2 видно, что. при работе в этой области незначительное изменение частоты акустических волн, возбуждаемых в ячейке (f - ) приводит к большему изменению угла падения (e„ - e ).

Тем самым можно увеличить угол сканирования без повышения центральной рабочей частоты акустических волн, возбуждаемых в акустооптической ячейке. Практически угол сканирования ограничен акустической полосой частот пьезопреобразователя, в которой происходит эффективная генерация акустических волн в ячейке.

Предложенный способ реализован с использованием акустооптической ячейки, выполненной из кристалла парателлурита.

Парателлурит, обладая уникально большим значением акустооптического качества, является перспективным

3 184549 4 оси (110). При этом ячейка 1 ориентирована относительно угла сканирования д(так, что его биссектриса составляет с осью (001) кристалла небольшой угол (, 15 ) в плоскости дифракции.

Способ осуществляют следующим образом.

В акустооптической ячейке 1 с помощью генератора 2 возбуждают сдвн- 1р говые акустические волны, распространяющиеся в направлении (110), век-. тор поляризации которых направлен по оси (110), Частоту „ акустических волн, возбуждаемых в ячейке, выбирают в пределах низкочастотной области зависимости угла падения от частоты, оптимально в области, соответствующей максимальной крутизне этой зависимости (см.фиг.2). Плоско- 2б поляризованное излучение от сканируемого объекта с помощью оптической системы формируют на входе ячейки в угол, при этом каждая точка объекта соответствует угловой части излучения (д о,,д (, и т.д.), направляемого на ячейку 1. Дифракцич на акустических волнах будет происходить только с той угловой частью

de(,„ излучения, для которой на час- ЗО тоте (выполняется условие брэг1 говского синхронизма. Благодаря указанному выше выбору типа и направления акустических волн, дифрагированная угловая часть излучения на выходе ячейки 1 имеет направление вектора поляризации, повернутое на

90 относительно направления поляризации излучения, поступающего на ячейку. В процессе дифракции угловая 4р часть Ь („ излучения отклоняется на угол дифракционного рассеяния относительно своего первоначального направления. Однако этот угол, вследствие указанного выбора частоты, мно-45 го меньше угла сканирования о(, так что на выходе ячейки пространственного разделения дифрагированного и недифрагированного излучения может не происходить (см.фиг. 1). Диф- у рагированное излучение выделяют из общего потока излучения на выходе ячейки 1 с помощью поляризациокного, анализатора 3 и направляют с помощью линзы 4 на фотоприемник 5.

Для приема излучения от другой точки объекта изменяют частоту акустических волн, возбуждаемых в ячейке, 784549 акустооптическим материалом. Однако в силу того, что затухание акустических волн в нем становятся значительными на частотах 100 МГц, реализация способа сканирования с использованием ячейки из парателлуритъ в соответствии с прототипом позволяет получить максимальный абсолютный угол образца не более

3-4,.

Описанный способ с использованием той же ячейки позволит получить абсолютный угол сканирования а

= 20, мгновенный угол сканирования 4о = 0,3 при центральной рабочей частоте акустических волн

f = 3, МГц, диапазоне перестройки

25 МГц и длине волны оптического излучения, 0,63 мкм.

Дополнительное отличие способа состоит в том, что апертура d возбуждаемых в ячейке волн в направлении, параллельном плоскости дифракции, определяется необходимым мгновенным углам сканирования до,а не условием обеспечения брэгговского синхронизма во всем диапазоне сканирования. Поскольку излучение, падающее на ячейку, имеет большой угловой спектр, для всех угловых компонент акустической волны найдутся соответствующие угловые компоненты светового излучения, т.е. с некоторыми допущениями можно считать, что мгновенный угол сканирования 4 равен расходимости акустической волны в ячейке. Следовательно, для д можно записать

10 где Е,» — мгновенная частота акустических волн

U — скорость акустических

15 волн в ячейке.

Откуда получаем выражение

d - =— ч м

Апертура d акустических волн определяется длиной пьезопреобразователя. Как видно, увеличение длины пьезопреобразователя уменьшает мгно25 венный угол сканирования, что является положительной характеристикой устройств сканирования и совершенно не влияет на значение максимального угла сканирования. Кроме того, увеличение длины пьезопреобразователей ведет к уменьшению плотности акустической мощности, снимает тепловые проблемы и исключает появление акустической нелинейности в устройстве

784549

Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5766/3 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 редактор С, Титова Техред Т.Дубинчак Корректор В. Гирняк