Акустооптический дефлектор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик («)966652 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 12. 80 (21) 3226794/18-25 (51)M Кл з

G 02 F 1/33 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 535. 511 (088. 8) Опубликовано 151082. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 15. 10 . 82 М

l

7ЕР,4 /

6HhËÍ0

Г

Воронежский ордена Ленина государственный университет им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) АКУСТООПТИЧЕСКИИ ДЕ@JIEKTQP

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано при создании ультразвуковых дефлекторов светового излучения, Известны акустооптические дефлек-. торы, в которых расширение полосы частот достигается 3а счет подстройки фронта акустической волны под угол Брэгга к падающему свету при изменении частоты возбуждающего напря жения (1 ).

Для обеспечения подстройки фронта

УЗ-волны при изменении частоты исполь зуется сложная электронная атпаратура, что является существенным недостатком дефлектора с фазированной решеткой преобразователей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является акустооптический дефлектор, который содержит акустически связанные пьезоэлектрический преобразователь, формирующий эвукопровод, выполненный в виде чередующихся слоев по меньшей мере двух материалов с различными скоростями звука в них, акустооптичес- . кую среду и поглотитель ультразвука.

Ультразвук, излучаемый пьезопреобразователем, проходя через слои равной толщины в системе сдвига фаз

f ультразвуковых пучков, разлагается на отдельные пучки, число которых равно числу слоев. В результате прохождения через слои с различными акустическими сопротивлениями, фазы. ультразвуковых пучков отличаются на некоторый угол., зависящий от акустических свойств слоев и частоты

10 ультразвука.. При этом результирующий фронт акустической волны в акустооптическом эвукопроводе оказывается повернутым относительно нормали к излучающей поверхности на некоторый . угол (2).

15 недостатком извес, ного акустооптического дефлектора является узкая полоса рабочих частот, обусловленная тем, что при изменении частоты ультразвукового пучка в широком диапазоне, главный максимум диаграммы направленности излучения ультразвука многократно проходит один и тот же диапазон углов.

Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот акустооптического дефлектора.

Поставленная цель достигается тем, что в акустооптическом дефлекторе, содержащем пьезопреобразователь, форЗО мирующий звукопровод, выполненный в

9ббб52 виде периодически чередующихся слоев по меньшей мере двух материалов с различными скоростями звука s них, акустооптическую среду и поглотитель ультразвука, формирующий звукопровод выполнен в форме призмы, входная акустическая грань которой скошена относительно границ раздела слоев формирующего звукопровода, и введен дополнительный поглотитель ультразвука, расположенный на боковой 0 грани формирующего звукопровода.

При этом толщина слоев формирующего звукопровода и угол скоса вход- ной акустической грани относительно границ раздела слоев определяются со-t5 отношением

d - 2 1

cr 4Л f вс„

= «Ж 20 ел О где д — толщина слоя в формисл рующем эвукопроводе;

- угол скоса входной акустической грани1

V — скорость звука в акус- 5 тооптической среде1

Ч„„ „V „- минимальная и макси »1И а» мальная скорости звука в слоях формирующего звукопровода; — длина волны света в акустооптической среде;

f о — центральная частота пьезопреобразователя. 35

Призма формирующего звукопровода может быть выполнена в виде соединенных элементов концентрических цилиндров.

На чертеже схеметически иэобра- 40 жен один иэ возможных вариантов конструкции дефлектора.

Акустооптический дефлектор содержит акустооптическую среду 1, на тыльной стороне которой расположен поглотитель ультразвука 2. С акустооптической средой акустически связан многослойный формирующий звукопронод, состоящий из слоен 3-13, к скошенной грани которого прикреплен пьеэопреобразонатель 14. Скорость звука в слоях 3, 5, 7, 9, 11 и 13 отличается от скорости звука в слоях 4, б., 8, 10 и 12. Пьеэопреобразонатель возбуждается генераТором электрических колебаний 15. На боковой грани формирующего звукопровода размещен поглотитель ультразвука 1б.

Акустооптический дефлектор работа.ет. следующим образом.

Генератор электрических колебаний 00 возбуждает пьезопреобразователь, который излучает в формирующий знукопровод плоскую акустическую волну.

Акустическая волна распространяется через формирующий звукопровод, пред- 65 ставляющий собой набор периодически чередующихся слоев, имеющих одинаковую толщину и различные скорости звука, и являющийся вследствие этого объемной дифракционной решеткой для распространяющейся в нем акустичес-, кой волны. Геометрические размеры слоев формирующего эвукопровода и расположение их относительно направления распространения акустической волны выбираются такими, чтобы для акустической волны выполнялись условия брэгговской дифракции на слоистой структуре формирующего звукопровода. Толщина слоя в формирующем звукопроводе определяется выражением

V e (V п +%ма» )

4Л где . д толщина слоя формирующего звукопровода1

,Ч вЂ” скорость звука в акустооптическом звукопроводеу

V . .,,V - минимальная и максиин» мах мальная скорости звука в слоях формирующего знукопровода; длина волны света;

Π— центральная частота пьезопреобразователя.

Таким образом, в формирующем звукопроводе происходит брэгговская дифракция ультразвука на периодической слоистой структуре, и результате которой часть ультразвукового пучка. отклоняется от первоначального напранления распространения на некоторый угол 8, определяемый соотношением

sin — = A/f, В

2 где

А Vv 15 ++V Vn a a

8 б с.

Неотклоненная часть ультразвуко.вого пучка проходит через формирующий эвукопровод и поглощается в поглотителе, расположенном на его боконой грани. Величина угла отклонения ультразвукового пучка определяется частотой ультразвука и, таким образом, обеспечивается сканирование ультразвуконого пучка при изменении частоты.

Брэггонский тип дифракции ультразвука в формирующем звукопроноде, характеризующийся отсутатнием побочных максимумов н диаграмме направленности излучения ультразвука, позволяет исключить многократный проход диапазона углов. сканирования УльтразвуковогО пучка, имеющий место при работе известного устройства, и тем самым, снять связанные с ним ограничения на широкополосность акустооптического дефлектора. Теперь широкополосность дефлектора определяется

966652 частотной характеристикой пьеэопреобраэователя и соблюдением условий брэгговской дифракции ультразвука на слоях формирующего звукопровода.

Последнее ограничение можно снять, выполняя призму формирующего звукопровода в виде цилиндрических концентрических слоев. При этом дифракция ультразвука на такой структуре аналогична дифракции света на расходящемся ультразвуковом пучке.

Использование формирующего зву"копровода в виде сложной структуры и дополнительного поглотителя ультразвука выгодно отличает акустооптический дефлектор от известного устройства, так как позволяет существенно расширить диапазон его рабочих частот.

Формула изобретения

20

1, Акустооптический дефлектор, содержащий акустически связанные пьезопреобразователь, формирующий звукопровод, выполненный в виде 25 периодически чередующихся слоев по меньшей мере двух материалов с различными скоростями звука в них, акустооптическую среду и поглотитель ультразвука, о т л и ч а ю щ и и с -я 30 тем, что, с целью расширения диагазона рабочих частот дефлектора, формирующий звукопровод выполнен в виде призмы, входная акустическая грань которой скошена относительно 35 границ раздела слоев формирующего звукопровода, и введен дополнительный поглотитель ультразвука, расположенный на боковой грани формирующего звукопровода. 40

2. Дефлектор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что толщина слоев формирующего звукопровода и угол скоса входной акустической грани формирующего звукопровода относительно границ раздела слоев определяются соотношениями, d Вй У .

cI 41,Е

9 = W/2 — are sin - ф @, сл о с„ толщина слоя в формирующем звукопроводе; ск — угол скоса входной акустической грани;

V S скорость звука в акустооптической среде1

V . .,,V - минимальная и максичн1И АХ мальная скорости звука в слоях формирующего эвукопровода; — длина волны света в акустооптической среде;

f о — центральная частота пьезопреобразователя.

3. Дефлектор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что призма формирующего звукопровода выполнена в виде соединенных элементов концентрических цилиндров.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Балодис Ю.H ° Акустическое сканирование лазерного иэлучениц. Обзоры по электронной технике.Сер."Электровакуумные и газоразрядные приборы . вып.3 (26). И., ЦЕИИ Электроника, 1972, с.18 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 630603, кл. G 02 F 1/33, 1979.

966652

Составитель В.Масленников

Редактор Н.Киитулинец Техред M.Tenep Корректор Г.Решетник

Эаказ 7839/64 Тираж 518 Подписное

ВНИИПИ Гссударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, УЛ. Проектная, .4