Многоканальный акустооптический дефлектор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 939520

Сююз Советских

Соцналнстнчеханх республик (61)Дополнительное к авт. свид-еу(22) Заявлено 270381 (21) 32бб192/18-25 (Щ М. Кл.з

С 02 F 1/33 снрисоедииениеюзаявки HP—

ГосударственниЯ комитет

СССР но делам изобретениЯ и открмтиЯ (23) ПриоритетОпубликовано 150183, Бюллетень Йо 2

Дата опубликования описания 15 ° 01.83 (33) УДК 535. 511 (088.8 ) .ю

Ю.A.BþðâêèH, E.Ë.Íèêíøèí и Н.И.Ушаков,, „..

/: -*

А ). 3

Научно-исследовательский институт механикнк.„@йорики : " прн Саратовском ордена Трудового Красного Знамейй -=----. государственном университете им, Н.Г.Чернышевского (72) Авторы изобретения.(7i ) Заявитель (54 ) ИНОГОКАНЛЛЬНЫВ АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР

Изобретение относится к технической акустооптике и может найти применение в системах оптической обработкк сигналов.

Известны многоканальные акустооптические дефлекторы, в которых для возбуждения гиперзвуковых волн в звукопроводе используется система преобразователей, представляющая 10 собой тонкий пьезоэлектрический слой, нанесенный на металлиэированную поверхность звукопровода, и систему прямоугольных электродов, расположенных на свободной поверхности пьезоэлектрического слоя 1).

Однако такие дефлекторы обладают. малой эффективностью дифракции, поскольку преобразователи имеют большую статическую емкость и плохо согласуются с передающими коаксиальными линиями.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мио гоканальный акустооптический дефлектор, содержащий звукопровод с метал:*лизированной поверхностью к систему преобразователей, состоящую иэ пьезоэлектрического слоя, нанесен ного на металлизированную поверхность звукопровода, и электроДов, расположенных на свободной поверхности пьезоэлектрического слоя.

Согласование каждого звукового ка нала с передающей линией обеспечивается применением подстроечного коаксиального СВЧ резонатора, раз- мещенного непосредственно у преобразователя. Применение коаксиальных резонаторов приводит к улучшению согласования и, следовательно, увеличению дкфракционной эффективнос ти Р2j.

Однако в этом устройстве относительно узка полоса рабочих частот, а также огранкчены возможности увеличения плотности размещения звуковых каналов.

Целью изобретения является расширение полосы рабочих частот при сохранении эффективности дифракции и увеличение плотности размещения звуковых каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальном акустооптическом дефлекторе, содержащем звукопровод с металлизированной поверхностью и camему преобразовате лей, состоящую из пьезоэлектрического слоя, нанесенного на металлизированную поверхность звукопровода, 989520 и электродов, расположенных на свободной поверхности пьезоэлектрического слоя, электроды выполнены в виде плоских зигзагообразных проводников, расположенных в плоскостях параллельных между собой и перпендикулярных свободной поверхности пьезоэлектрического слоя.

Иа фиг. 1 показано устройство, общий вид, на фиг. 2 — эквивалентная электрическая схема части устройства.

Плоская поверхность звукопоовода

1 через металлизированную поверхность (металлическую пленку) 2, сое» диненную электрически с внешними проводами разъемов передающих коаксиальных линий (на фиг. 1 не показаны), акустически связана с пьезоэлектрическим слоем 3. Электроды в форме плоских зигзагообразных проводников 4 приложены к пьезоэлектрическому слою 3 одной из поверхностей, образованной их изгибами, при этом плоскости проводников 4 системы перпендикулярны поверхности пьезоэлектрического слоя 3 и параллельны друг другу. Между ними расположены пластины металлических экранов 5, которые электрически соединены с металлической пленкой 2.

Электроды 4 и пластины экранов 5 разделены изолирующими прокладками б. Один из концов каждого электрода

4 электрически соединен с центральным проводом соответствующего разъема стандартной передающей коаксиальной линии (на фиг. 1 не показан .

Противоположные концы проводников

4 системы могут быть соединены подобным же образом с центральными проводами передающих линий, оканчивающихся внешней согласованной нагрузкой или оставлены электрически свободными.

Электрическую эквивалентную схему электродинамической системы, состоящей из отдельного плоского зигзагообразного проводника 4, перпендикулярного свободной поверхности пьезоэлектрического слоя 3 и приложено к ней своими изгибами, непосредственно самого пьезоэлектрического слоя 3 и металлической пленки

2, нанесенной на звукопровод, можно изобразить как цепочку последовательно соединенных Т-образных ячеек фильтра низких частот, Эквивалентная схема отдельной элементарной ячейки цепочки показана на фиг. 2. Изгиб проводника 4, прикладываемого к пьезоэлектрическому слою 3, образует с металлической пленкой 2 электрическую емкость 7.

Емкостью, образованной плоскостью проводника 4 с металлическими экранами 5, можно пренебречь по сравне!

О

И

4S

65 нию с емкостью 7, поскольку их величины отличаются на порядок и больше. Проводимость 8 — активная проводимость, обусловленная эффектом преобразования электромагнитной энергии в акустическую. Емкость 9 удвоенная емкость между линейными участками отдельной петли проводника 4. Индуктивность 10 - половина индуктивности одной петли проводника.

Из теории акустооптического взаи= модействия известно, что для того, чтобы произошло эффективное взаимодействие световой и акустической волны, необходимо, чтобы луч монохрома- тического света образовал с фронтом акустической волны определенный для данной ее частоты угол (угол Брэгга .

Поэтому для осуществления эффективной дифракции света в широкой полосе частот требуется изменять угол падения оптического луча на фронт акустической волны по соответствующему закону. Если угол падения оптического луча на поверхность звуко= провода остается постоянным, необходимо, чтобы изменялся угол наклона фронта акустической волны к поверхности пьезопреобразователя. Поскольку известно, что фильтр низких частот обладает свойством замедления распространяющегося по нему электромагнитного сигнала, то ясно, что сигнал, подаваемый на рассматриваемую электродинамическую систему, приходит на каждую последующую ячейку несколько позже, чем на предыдущую. Следовательно, участок фронта акустической волны, обусловленный преобразованием электромагнитной энергии в акустическую на каждой предыдущей ячейке электродинамической системы, начнет свое движение по звукопроводу раньше, чем участок фронта акустической волны от последующей ячейки. Таким образом, имеется акустическая волна, распространяющаяся в звукопроводе, волновой фронт которой образует некоторый угол с поверхностью пьезопреобразователя.

Величина этого угла зависит бт замедления электромагнитного сигнала рассматриваемой электродинамической системой. Можно подобрать геометрические размеры электродинамической систевы (а значит и электрические параметры эквивалентной схемы таким образом, что ее дисперсия обеспечит изменение замедления с изменением частоты электромагнитного сигнала, необходимое для осуществления эффективного акустооптического взаимодействия в широкой полосе частот »

Таким образом, в дефлекторе происхо-, дит процесс автоматической подстройки волнового фронта акустической

989520 волны под угол Брэгга прн неизменном угле падения светового луча на поверхность звукопровода.

Известно также из теории фильтров, что цепочка последовательно соединенных Т-образных ячеек фильтра низких частот имеет полосу процускания, простиракшуюся от нуля до некоторой критической частоты, определяемой электрическими параметрами схем. В пределах почти всей этой полосы волновое сопротивление цепоч ки близко к постоянной и действительной величине, которая также оп»» ределяется параметрами схемы. Посколи ку параметры эквивалентной схемы 7—

10 зависят от геометрических размеров электродов 4 и толщины пьезоэлектрического слоя 3, то подбором этих величин удается получить полосу пропускания фильтра, включающую требуемый диапазон рабочих частот дефлектора, а также добиться равенства

3 волновых сопротивлений стандартных передающих линий и рассматриваемых электродинамических систем в пределах этой полосы частот.

Поперечные размеры эвукопровода зависят от размеров возбуждающей системы., а значит.и от плотности размещения звуковых каналов, которая определяется толщинами плоских электродов 4, пластин металлических экранов 5 и изолирующих прокладок 6.

Изменение толщин пластин металлических экранов 5.и, до некоторых пределов, изолирующих прокладок 6 не оказывает существенного влияния на электрические параметры 7 — 10 эквивалентной схемы и поэтому их толщины могут быть взяты очень малыми. Изменение же толщины плоских электродов 4 для увеличения -плотности размещения звуковых каналов влияет на все электрические параметры схем, однако соответствуицим измененйем других геометрических размеров электродов- 4 можно добиться сохранения широкой полосы рабочих частот дефлектора и хорошего согласования с передающей линией.

Исследован макет многоканального акустооптического дефлектора. Его звукопровод изготовлен из кристалла

LIN605 Х-среза с поперечныья размерами 8 12 мм На плоскую торцовую металлизированную поверхность ниобата лития напылена пьеэоактивная пленка ZnO толщиной 3 мкм. Электроды представляют собой плоские меандровые системы с периодом 0,3 атее, общей длиной 10 мм, шириной 5 мм и толщиной 0,2 мм. Пластины металлического экрана н изолирующие про= кладки имеют толщину по 0,1 мм. Каж ,пый канал дефлектора обеспечивает эффективную дифракцню в 3% на 1 Вт подводимой мощности в полосе частот

500 МГц на центральной частоте возбуждения гиперзвука 1000 МГц. Толщи10 на одного канала составляет 0,5 мм, что позволяет создать 15 звуковых каналов с использованием данного звукопровода. Наличие металличес- ких экранов между электродами обес15 печивает развязку между каналами . не хуже 25 дБ. Таким образом, ис« пользование в качестве возбуждающих .электродов плоских зигзагообразных проводников, приложенных одной из поверхностей своих. изгибов к поверхности пьезоэлектрического слоя, позволяет увеличить полосу эффективного отклонения света почти в 3 раза и уменьшить поперечные размеры зву25 копровода не менее, чем, в 5 раэ.

Формула изобретения

Многоканальный акустооптический дефлектор, содержащий звукопровод с металлизированной поверхностью и систему преобразователей, состоящую из пьезоэлектрического слоя, на-. несенного на металлизированную поверхность звукопровода, и электродов, расположенных на свободной поверхности пьезоэлектрического слоя, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот при сохранении эффективности дифракции и увеличения плотности размещения звуковых каналов, электроды выполнены в виде зигзагообразных проводников, расположенных в плоскостях, параллельных между собой и перпендикулярных свободной поверхности пьезоэлектрического слоя.

Источники информации, 50 принятые во внимание прн экспертизе

1. Патент США М 4162126, кл. G 02 F 1/33, 1979 °

2; Визен Ф.Л., Захаров В.М., Калинников Ю.К., Магомедов З.A., Мас-55 ленников В.Г. Многоканальный акустооптический дефлектор для оперативного ГЗУ. Труды ВНИИФТРИ. Вып. 38(б8 f

1978. с. 35.(прототип ).

Фиа1 фиа8

Составитель В.Масленников

Редактор М.Петрова Техред A.Áàáèíåö Корректор Е.Рошко с

Заказ 11121/66 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раумская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4