Способ отклонения оптического излучения

 

СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, в котором направляют когерентное оптимеское излучение на расположенные в одной плоскости оптические входы п акустооптических ячеек, возбуждают в этих ячейках акустические волны на частоте, обес- .печмвающей заданный угол отклонения дифрагированного оптического излучения на выходе ячеек, и изменяют частоты акустических волн, возбуждаемых в ячейках, отлич/эющийИзобретение относится к устройствам управления оптическим излучением с помо11| ю акустических волн и может быть использовано в системах оптической обработки и передачи информации . Известен способ отклонения оптического излучения путем направления с я тем, что, с целью сокраи1ения времени перестройки, увеличения числа разрешенных состояний и повышения интенсивности дифрагированного излучения , возбуждают указанные акустические волны в режиме 6eryujHx волн во всех акустооптических ячейках в одном направлении, при этом задают сдвиг фаз iq) акустических волн в соседних акустооптических ячейках в соответствии с соотношением L ULpCf) 27f , где f - частота акустических воШ, возбуждаемых в акустооптических ячейках; L - расстояние между входными торцами звукопроводов соседсл них акустооптических ячеек; V - скорость распространения акустических волн в материале звукопроводов акустооптических ячеек, а частоту f акустических волн измею о няют в соответствии с заданным угловым положением дифрагированного «.д излучения в рабочем интервале углов. 00 этого излучения на оптический вход акустооптической ячейки, возбуждения в этой ячейке акустических волн в режиме бегущей волны, на частоте, обеспечивающей заданный угол отклонения дифрагированного оптического излучения на выходе ячейки, и изменение частоты акустических волн, воз

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)5 4 02 1/33

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Qg(f ) 2uf—

V. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) .3006779/25 (2? ) 18. 11. 80 (46) 15.07.92. Бюл. Р 26 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) С.Н. Антонов, В. И. Миргородский и В.В. Проклов (53) 535.511 (088.8) (56) Worner А.W, White D.L., Bonner D A. Acousto-optic light

defIectors using optical activity

in ТЮд, .1. Appl Phys, v. 43, М 11, Nov 1972, р. 41 89, Патент СНА М 296ч825, кл. 350-161, опублик. 1976, (54)(57) СПОСОБ ОТКЛОНЕНИЯ ОПТИЧЕС"

КОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, в котором направляют когерентное оптическое излучение на расположенные в одной плоскости оптические входы в акустооптических ячеек, возбуждают в этих ячейках акустические волны на частоте, обеспечивающей заданный угол отклонения дифрагированного оптического излучения на выходе ячеек, и изменяют частоты акустических волн, возбуждаемых в ячейках, о т л и ч а ю щ и йИзобретение относится к устройствам управления оптическим излучением с помощью акустических волн и может быть использовано в системах оптической обработки и передачи информации.

Известен способ отклонения оптического излучения путем направления

„„Я2„„961468 А1

2 с я тем, что, с целью сокращения времени перестройки, увеличения числа разрешенных состояний и повышения интенсивности диФрагированного излучения, возбуждают указанные акустические волны в режиме бегущих волн во всех акустооптических ячейках в одном направлении, при этом задают сдвиг фаз Д(р акустических волн в соседних акустооптических ячейках в соответствии с соотношением где f — частота акустических волн, возбуждаемых в акустооптических ячейках;

1- — расстояние между входными торцами звукопроводов соседних акустооптических ячеек;

v — скорость распространения акустических волн в материале звукопроводов акустооптических ячеек, а частоту f акустических волн. изменяют в соответствии с заданным угловым положением диФрагированного излучения в рабочем интервале углов. этоГО излучения на оптический вхор акустооптической ячейки, возбуждения в этой ячейке акустических волн в режиме бегущей волны.на частоте, обеспечивающей заданный угол откло" нения дифрагированного оптического йзЛучения на выходе ячейки, и изменение частоты акустических волн, воз9614б8 где f "- частота акустических волн, возбуждаемых в акустооптических ячейках;

I. -. расстояние между входными торцами звукопроводов соседних акустООптицеских ячееке ч - скорость распространения акустическк< волн в материале звукопроводов акустооптических ячеек, а частоту Г акустических волн изменяют в соответствии с лобым заданным. буждаемых B ячейке, для г>ерестройки тем, что при работе в режиме стоячей углового положения дифрагированно- вопны в процессе изменения частоты го излучения. акустических волн, возбуждаемых в ячейНе Остатком этого способа являет- ке, дифрагированное излучение изменяет

„„; ич нн е цисло Разрешенных свою интенсивность от нуля домаксимуний ифрагированного излучения. ма с удвоенной частотой акусти <еской

Наиболее близким по технической волнь> Если при этом принять мгносущности к изобретению является спо венное максимальное значение интенсоб, закл<>>ающий<ся в. Том что Har>"- >О сивности дифрагированного излучения равляют когерентное оптическое излу за 1003, то за весь период она не чение на расположенные в ОднОи плос" превысит >01. кости оптические входы акустооптичес: Таким образом,:< недостат><ам изких ячеек, возбу»<дают в этих ячейках вестного способа относятся большое акустические волны на частоте, обсс" tS время перестройки, ограниченное чиспечивающей заданный угол отклонения ло разре ленных состояний и низкая дифрагированного оптического излу ->х t(erll I<> изобретения является сокрав ячейках, для перестройки положени 0 щение времени перестройки, Увеличедифрагированного излучения. В этом ние числа разрещенных состояний. и поспособе частоту акустических волн вышение интенсивности -дифрагирован", изменяют дискретно, в соответствии ного излучения. со значениями частоты, при которых Для этого в спо собе отклонения в акустооптических ячейках усганав 25 оптического излучения, в котором напливается Режим стоячей волны. 0 со равляют когерентное оптическое излуответствии с этим перестройка у " » " чение на расположенные в одной плосго положения дифрагированного излу- кости оптические входы и акустооптичения на выходе ячеек таю<е проис- ческих лцеек возбуждают в этих ячейходит дискретно. 3<> ках акустические волны на частоте, Характерной особенностью э о>О обеспечивающей заданный угол отклонеспособа является большое время и -Ре" ния дифрагированного оптического стройки углового положения лифрагиро излучения на выходе ячеек, и изменяванного излучения из одного Разрешен,<>r <астоту акустических волн, возбужного состояния в другое. Это время -.- Даемь>х в ячейках, для перестройки,,3 определяется временем установления углового положения дифрагированного в звукопроводе каждой ячейки- Режима излучения, согласно изобретению, воз" стоячей волны и равно времени Рас",- буждают Указанные акустические волны проотранения акустической волны от в режиме бегу»<их волн, во всех акусвходного торца звукопровода до про л0 тооптических ячейках в одном направтивоположного и ОбратнО, пОмнО»<енно ",и .мииу при этОИ заДают сДВиГ фаз б.Ц му на добротность акустического ре.=. акустических волн в соседних акустозонатора. оптических ячейках в соответствии другим недостатком известного crlo с соотношением < соба является ограниченное число разрешенных состояний оптического $(.4> =. 2»Г — > (> >}

V излучения на выходе устроиства, Обус" ловленное невозможностью плавной перестройки углового поло»<ения дифрагированного излучения в рабочем интервале углов. Дискретность перестройки связана. с тем, что режим стоячих волн в звукопроводе Определенной длины может быть реализован толь><О на

Определенных частотах.

Использование режима стоячей волны приводит также к снижению интенсивности.дифрагированного излучения на выходе устройства. Обьясняется это

9 угловым положением дифрагированного излучения в рабочем интервале углов.

На фиг.1 изображено устройство, поясняющее предлагаемый способ отклонения оптического излучения; на фиг,2 - блок-.схема устройства, реализующего -этот способ.

На фиг. 1а иллюстрируется известный способ отклонения оптического излучения с помощью одной акустооптической ячейки 2, имеющей звукопровод с длиной 1. При возбуждении в ячейке 2 бегущей акустической волны на частоте f когерентное оптическое излучение 1, проходящее через звукопровод, претерпевает дифракцию на этой волне и дифрагированное излучение 1 на выходе ячейки 2 отклоняется на угол, определяемый частотой f акустической волны. Изменяя частоту f акустических волн,,возбуждаемых в ячейке, можно перестраивать угловое положение дифрагированного излучения, при этом рабочий интервал углов будет определяться рабочим диапазоном Ь f. изменения частоты акустических волн, а число N разрешенных состояний - соотношением где Ф - время пробега волны по апертуре 1 звукопровода.

На фиг,1б иллюстрируется способ отклонения оптического излучения с помощью и акустооптических ячеек (для упрощения n = 2) 3 и 4. Акустооптические ячейки 3 и 4 имеют звукопроводы из одного материала и расположены в ряд так, что их оптические входы находятся в одной .плоскости. Длины 1 и 1 . звукопроводов акустооптических ячеек 3 и 4, а также расстояние 1 между концом звукопровода ячейки 3 и входным торцом звукопровода ячейки 4 выбраны так, что 12 + 1в + 1 = 1 и

1,((1, Способ осуществляют следующим образом.

Когерентное оптическое излучение

1 направляет на оптические входы акустооптических ячеек 3,. 4 и возбуждают в последних бегущие акустические волны на одной; и той же час" тоте f, распространяюциеся в обеих ячейках в одном направлении. При этом сдвиг фаз щ акустических волн, воз61468 6 буждаемых в ячейках 3 и 4 задают равным сдвигу фаз, который приобретает акустическая волна при распространении в непрерывном звукопроводе ячейки 1 (фиг.l,a) между плоскостями П и П, пространственное положение которых соответствует концу звукопровода ячейки 3 и входному торцу зву20 копровода ячейки 4. Этот сдвиг фаз определяется соотношением

2S

55 где L — расстояние между входными торцами звукопроводов ячеек 3 и 4.

Оптическое излучение 1 е процессе прохождения через звукопроводы ячеек 3 и 4 дифрагирует на акустических волнах, при этом, благодаря указанному выше выбору сдвига фаз акустических волн, возбуждаемых в ячейках, фазы дифрагированного излучения на выходе каждой ячейки будут согласованы, и оптическое излучение на выходе устройства можно рассматривать как излучение на выходе акустооптической ячейки с непрерывным звукопроводом, в котором распространяется бегущая акустическая волна. Изменяя частоту акустических волн,-возбуждаемых в ячейках 3 и 4, перестраивают угловое положение дифрагированного излучения на выходе ячеек

3, 4. Рабочий интервал углов определяется рабочим диапазоном изменения частоты акустических волн как и в описанном выше способе. Однако в данном случае этот диапазон может быть расширен в сторону более высоких частот, т.к. затухание акустических волн, от которого зависит. максимальное значение частот, определяется теперь длиной 1 «(1. } звукопровода одной ячейки 3(4), которая в и раз (в описываемом варианте в 2 раза) меньше длины 1. При этом размер 1 световой апертуры не изменяется по сравнению со случаем, показанным на фиг,1,а. Следовательно, число N разрешенных состояний, определяемое соотношением (2), может быть увеличено за счет расширения диапазона частот Г. Кроме того, использование и акустооптических ячеек позволяет примерно в и раз повысить скорость перестройки дифрагированного излучения из одного углового положения в другое, т.к„ эта ско961468 рость определяется временем, за которое акустическая волна распространяется в каждой отдельной акустооптической ячейке.

Описанный способ отклонения акустического излучения может быть осуществлен с помощью устройства, схематично показанного на ИГ.2. Такое устройство содержит три акустооптичеекие ячейки 3,4, и 5 (число и ячеек может быть больше трех), каждая из которых состоит из оптически flpoB" рачного звукопровода 6 длиной 1 „ 1„ и 1, соответственно (для упрощения

1 « = 1, =:1. ) с пьезоэлектрическим преобразователем 7 на входном торце и поглотителем 8 энергии акустических волн на противоположном торце„Все г«че««к«! 3, 4 и 5 расположены в Ряд так, что их onTH÷åñênå вхОды 9 нахОдят сп В Одной плОскости. тОРцы звукоп«7<7вод<7в 6 с пьезоэле«<т«эическими преобразователями 7 обращены в .Одну сторону. Устройство содер«кит также гене«затор 1 0 BL«coKo -IBCTÎT" ных колебаний три дел«лтеля частоты

«

11, 12 и 13 и две линии задержки

1)«и 15 причем выход генератора «0

СВЯЗ 1Н С ПЬЕЗОЭ.«7ЕКТ РИЧЕСК«««Л«Л l« 7Å<7!7разователями 7 акустооптических я:еек 3, и 5 через делители час о ты

11, 1«2 и 13 соответcTBpHHo, между входами делителя 12 и Выходом генератора 10 вклю )ена линия задержки 14., а между выходом последней и Входом делителя 13 включена линия задержки

15.

«) I «!

У Р и ТВо РВ6оТВВ1 с7еДУюЩим образом.

Когерентное оптичес«<ое излучение

1 направляют на оптические входы 9 акустооптических ячеек 3, 1« и 5, в которых возбуждают бегущие акустические волны на частоте f., распространяющиеся в направлении от пьезоэлектрических преобразователей 7 к поглотителям энергии 8. Для этого на пьезоэлектрические преобразоватеЯ) ли 7 подают. с выхода генератора 10 высокочастотный сигнал, Генератор 10 вырабатывает электрический сигнал с частотой и может перестраивать-v, в диапазоне частот Rhf При прохож.Я дении сигнала через делители 11, 12 и 13 происходит уме«,ьшение его частоты до величины f. «1а пьезоэлектрический преобразователь 7 вкус Ioonтической ячейки 4 сигнал подают со

СДВИГОМ ff«aaf.! .

В« = 2к Е т 1

1, 2 «!).

V гд 1 =- 1 а - 1О Относительно сигнала, подаваемого на преобразователь 7 ячейки 5, что осуществляют с помощь«о .Пинии задержки 15. Поскольку г«инии задержки 14«и 15 включены между генератором 10 и соответству«о«««им делителем «астоты «2 и 13, частота сигнала в них равна К f время задержки

1„, каждо". линии задержки 1ц и 15

)". 3

,) с т - l «1 в л и B а ю т р а в «-! ь «1

«ь или-к (3) Л1. где ь«, - время задержки акустичесi

О": —,и «еское излучение 1 при прохождении через звукопроводы 6 акускс)оптических ячеек 3, 4 и 5 ди<««рагиI>" : т ",а распространяющихся в них а); с киче)-ких вол)лах р при э Гом ди«)7ра

I HpîBBHíîå излучение отклоняется: на угол, определяемый «астотой f акустических волн. )1ля перестройки углового положения ди<7«эагированного и=.ëó÷åíèÿ изменяют частоту сигнала, вырабатываемого генератором 10. Время перестройки Т в данном случае определяется временем задержки акустической волны в одной акустооптической ячейке и суммарным временем задер <ки линий задержки 14 и 15, .е. т = . + 2ч Ц««) Увеличивая рабочу!о частоту генератора 10, можно обеспечить

«1-!

1, Р. Т„<с (5) Таким образом, данный способ обеспечивает .. в 1,5 раза больше число где 1. = 1 + 1о относительно сигнала, подаваемого на преобразователь 7 ячейки 3. сдвиг «««азы осуществляют с помощью линии задержки 14. дналогично на преобразователь 7 ячейки 6 сигг

«-«ал подают со сдвигоч Фазы

96z468

Т0 разрешенных состояний и м в 3 раза меньше время перестройки оптического излучения из одного углового положения в другое.

Данный способ обеспечивает существенное (примерно в 10 раз) сокращение времени перестройки углового положения оптического излучения из одного разрешенного состояния в дру- 10 гое.

Дополнительным преимуществом спо-. соба является отсутствие необходимости высокой стабилизации частоты генератора высокочастотного сигнала и термостабилизации акустооптических ячеек, т.к. режим бегущей волны не критичен к стабильности частоты генератора высокочастотного сигнала и к параметрам окружающей среды.

961 68

РеДантоР О. ЮРнова ТехРеД H.11îÐãåíòàë КоРРектоР й, Дукац

Заказ ?821 Тираж Подписное

ВЦКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101