Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Основные характеристики устройств пространственного управления лучом: эффективность з) — отношение интенсивности отклоненного света к интеысивности падающего, быстродействие т, максимальное угловое перемещение луча ф и связанная с ним полоса пропускания ЛЛ представляющая собой интервал акустич. частот, внутри к-рого возиожна дифракция падающего света. Важнейшая характеристика дефлекторов — разрешающая способность К вЂ” число различимых положений светового луча в 'пределах максимального углового перемещения ф.
Согласно критерию Рэлея, два положения светящейся точки рааличимы, если центральный максимум одной из них совпадает с первым минимумом другой. Число разрешимых положений Л' светового луча определяется ыаибольшим угловым перемещением ф и угловой расходимостью уоот светового луча: Ж = Ф(уо = фдР- В дифракциоыных приборах угол отклонения дифрагированыого света однозначно определяется частотой звука ( и углом падения бп.
Для того чтобы изменить ыаправление дифрагированного луча при иеиамениом угле падения света на АОЯ, необходимо менять частоту и направление расыростраыения авуковой волыы так, чтобы внутри полосы пропускания Л) повсюду выполнялось условие Брэгга. В простейшем случае выполнение условия Брэгга осуществляется благодаря расходимости акустич. пучка. Расходшцийся пучок моиеяо рассматривать как совокупность плоских волн, направления распространения к-рых лежат внутри углового ннтервала узк. Для заданной частоты звука дифракция будет происходить лишь на той компоненте пучка, для к-рой волновой вектор удовлетворяет условию Брэгга. С изменением частоты атому условию удовлетворяет уже другая компонента пучка.
При нспользовании пзотропного материала в качестве рабочего тела ЛОЯ максимальное угловое перемещение равно удвоенной угловой расходимости авуяового пучка: ф = 2узк 2ЛЮ. В соответствии с этим полоса пропусканин Л) и разрешающая способ- АКУСТООПТИКА кость АГ окааываются пропорциональными звуковой расходимости: Для дефлектора с высокой разрешающей способностью требутся значительная расходимость звукового пучка, а следовательно, и минимальная гго толщина Б.
Падение эффективяостн дифракции в этом случае, вызванное уменьшением длины акустооетич, взаимодействия, компенсируют увеличением вводимой акустич. мощеости. Однако с увеличением разреи~ающей способности Аг падает эффективность использования этой мощности, т. к. на дпфракцию света расходуется лишь 1/Аг-я ее часть. Применение в АОЯ двулучепреломляющих ыатериалов позволяет существенно улучшить характеристики дефлекторов. С этой целью используетсн анизотропная дифракция света вблиаи минимального аначения угла Брэгга 8шзгг При падении света ка звуковой пучок иод углом 8юго небольшая расходимость звукового пучка обеспечивает выполнение условия Брэгга для достаточно широкого диапазона акустич. частот, а следова~ельно, и значительный интервал углов отклонения дифрагированного света.
Это поаволяет польаоватьея широким акустич. пучком, что снижает акустич. мощность, необходимую для оолучения высокой эффективности аяфракции, и дает значительный зыигрыпг в разрешении по сравнению с дефлекторамн, в к-рых используютгя изотропные материалы, однако рабочие частоты таких приборов лежат обычно в гигагерцевом диапааоне. Управлять дифрагированным лучом можно, используя также т. и. фазированную решетку излучателей— гтупенчатую систему акустич.
преобразователей, сдвинутых по фазе, параметры к-рой подбираются таким образом, чтобы фронт волны, отвечающей центральной частоте полосы еропускания, был параллелен плоскости отдельного преобразователя, и при изменении частоты фронт поворачивалсн бы так, чтобы компенсировать соответствующее приращение угла Брэгга. Этот способ воабуждеоия звука позволяет в несколько раз увеличить полосу пропускания и разрюпающую способность дефлектора. Современные дифракционные дефлекторы позволяют получить раврешающую способность Аг — 10з — 10з элементов с эффективностью в несколы<о десятков процентов при потребляемой акустической мощности 0,1 — 1 Вт. В рефракционных устройствах отклонение светового луча осуществляетсн за счет искривления его пути при прохождении через среду, неоднородная деформация к-рой соадаегся стоячей илн бегущей звуковой волной.
Они представляют еобои ниакочастотные приборы П л, 0,5 МГцБ осуществляющие развбртку оветовогп луча по синусоидальному закону. Кпд рефракционныд сканеров мазг, т. к. лишь' ничтожная часть ввукоз вой энергии, заключенной и объбгвэ АОЯ, расходуется на отклонение светового луча. Акустооптические мод у л я т о р ьг. Перераспределение световой энергии между проходящим и дифрагированным светом служит основой для создания акустооптич. модуляторов — приборов, управляющих интенсивностью световых пучков, Обычно используется модуляция дифрагированного света, т.
к. 100чйэ-иая модуляция проходящего излучения требует значительных акустич. мощностей. Акустооптич. модулнтор представляет собой АОЯ, в к-рую вводится амплитудно-модулированный звуковой сигнал. Падающий на АОЯ свет частично дифрагирует на звуке; отклоненный луч принимается фотоприемным устройством. В модуляторах испольауется как брэгговская дифракция, так и дифракция Рамана — Ната. Основные характеристики акустооптич. модулятора: его эффективность гь полоса пропускания А1 и быстродействие т. Как быстродействие, так и максимальная ширина полосы определяются временем прохождения звука через апертуру светового луча: ЬГгзах = — 1гт = сэзггг Эффективность, представляющая собой долю дифрагированного света, возрастает с увеличением длины взаимодействия.
Поэтому использование брэгговского режима дифракции в модуляторах ведет к повышению их эффективности. Оптимальный ре- 36 АКУСТООПТИКА жим работы брзгговского модулятора, к-рому соответствук)т максимумы ц и Лт', возможен, если пучки света и звука имеют одинаковую расходимостьт уатп = уатт Акуатоопт ические фил ьтр ы. Брзгговскан дифракция позволяет еыдешпь из широкого спектра оптич. иалучения достаточно узкий итперзал длин световых волн, поскольку с монохроматич. звуком эффективно взаимодействуют лишь те световые волны, длины к-рых с достаточной точностью удовлетворяют условию Брзгга.
Изменяя частоту звука, можно выделяемый интервал перемещать по оптич. спектру в широких пределах, На атом основано использование АОЯ в качестве спектрального прибора — порестранваемого оптич. фильтра. Как правило, в акустооптич. фильтрах используется анизотропная дифракция в двулучепреломляющих кристаллах (рис. 3).
Разделение проходящего и дифрагированного света осуществлнется систетюй поляризаторов. На акустооптич. ячейку 1 падает плоскополяризованный свет, степень поляризации к-рого контролируется поляризатором 3. При прохождеыии света через ячейку в узком спектральном интервале возникает оптич. излучение другой поляризации. Наличие его определяется анализатором 8. Монохроматич. звук создается с помощью злектроакустич. преобразователя 4. Эффективность фильтра увеличиваетсн с ростом длнны взаимодействия, позтому т т.т рис. 3. Схемы азустааптичесцих фзльтрае ка основе каззкяеареай (а) и иекаллинеарнай (б) дифракцмй: т — акустаалтическаа ячейка; з — ааляразатар; 3 — аначззатар; 4 — излучатель ультразвука; стрелками указана палярззацкн светаемх лучей.
в акустооптич. фильтрах испольаустся, как правило, коллинеарнаядифракция, при к-рой нацравления распростраыения света и звука совпадают (рис. 3, а), хотя известны акустооптич. фильтры и с неколлинеарным взаимодействием (рис. 3, б). Основные характеристики акустооптич.
фильтра — птирина полосы пропускания Л)чт и рачрептающая способность Л .=- Л).„))а (Մ— длина волны падающего ттзлученйя в вакууме), диапазон оптич, перестройки, эффективность т) и быстродействие т фильтра. В реальных устройствах ширина полосы пропускания определяется спектральной шириной линии света при брзгговской дифракции, расходимостью как светового, так и акустич. пучков и апектральным соатавом акустнч. сигнала. Для совроманньтх акустооптич.
фильтров характерны значения Лаа — 10 ' — 10 ' мкм и т) — 10 -а — 10 -4. Эффективности имеющихся фильтров составляют 50 — 100ата при интенсивности звука так — 1 Вт)смз и длинах взаимодействия — нескольких см (до 10 см). Диапазон оптич. перестройки определяется шириной полосы акустич. частот, возбуждаемых прообразователем, и частотной аависимостью поглощения УЗ.
Как правило, он достаточен для перекрытии всего оптич. диапазона. Акустооптические устройства обработки информации — процессоры. Акустооптич. приборы, рассмотренные выше, служат основой при создании различных функциональных устроиств для обработки ОВЧ сигналов (т. н. процессоров), к-рые в отличие от цифровых вычислительыых машин позволяют обрабатывать информацию в реальном масштабе времени, Дли выполнения такой обработки необходимо предварительное преобразование радиосигнала в звуковой. Параллельная обработка данных осуществляется путем одновременного считывания всей запасенной в авуковом импульсе информации при дифракции света на звуковом сигнале.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
