Magnich_L_N__Molchanov_V_Ya_-_Akustoopticheskie_u (1239102), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Дефлектор со сканируемым акустическим полемВ области Брэгга увеличение разрешающей способности дефлектора за счет расширения диапазона рабочих акустических частот возможно лишь при управленииугловым положением акустического поля при измененииего частоты [34, 35]. В этом случае ограничение частотного диапазона, связанное с угловой шириной звуковогополя, снимается, и в дефлекторе может быть использован длинный преобразователь.
Легко реализуемая напрактике система сканирования акустического поляс помощью решетки фазированных преобразователейподробно рассмотрена в работе [35].Пусть преобразователь представляет решетку, состоящую из Μ элементов длиной d/2, каждый из которых возбуждает звуковую волну, сдвинутую по фазе на180° по сравнению с соседним (рис. 3.9,а).
Общая длина преобразователя L=Md/2. Угловое распределение01амплитуды звукового поля S (φ, Χ), излучаемого такойрешеткой, в дальней зоне описывается выражением+ 5_ , (φ) ехр г ~ cos φ_ ,где при φ < 1 и φ±]ς ,(/ в ч_+ 2 ςS±? )_± — S.Здесь 50 — амплитуда звукового поля в плоскости X—·=0; угол φ отсчитывается от положительного направлсния оси X.χd~ а/гπΟ πLΟ πРис. 3.9. Решетка преобразователей, излучающих звук в противофазе(а), и ее полярная диаграмма направленности (б)Распределение звукового поля в дальней зоне состоит из двух максимумов, каждый из которых имеетугловое распределение, соответствующее однородномупреобразователю длиной L, и расположенных симметрично относительно оси X (т. е. направления φ=0) подуглами ±v/fd.
Эта особенность иллюстрируется полярной диаграммой направленности на рис. 3.9,6. При увеличении акустической частоты направление распростра62нения поля S+i будет поворачиваться по часовой стрелке, поля S_i — против часовой стрелки. Пусть на дефлектор под неизменным углом к оси У падает световойпучок, который образует угол 0 с фронтом акустическойволны 5+1. Если для некоторой частоты /0 этот уголявляется брэгговским Θ—6Б (/о), то при увеличении акустической частоты этот угол будет также увеличиваться вследствие поворота максимума S+1 (рис.
3.9). Очевидно, что для отклонения света может быть использован только один максимум акустического поля.Рис. ЗЛО. Графики функцийФ+ь фн, ерь и сро в зависимости от акустической частоты fЛегко видеть, что частотные зависимости угла Брэгга и направления распространения звукового поля различны. Зависимость направления максимума S+i от ч а ~стоты, т.
е. угла tp+ιι, дается формулой (3.14). Функцииφπ и ср/„ равныеопределяют область акустического поля с интенсив2ностью большей 4 /я от ее максимального значения. Наконец функция <ро, равнаяпоказывает, как должно зависеть от акустической частоты такое направление распространения поля, прикотором угол падения света всегда равнялся бы брэгговскому.Графики функций φ+ι, <pff, cpL и φ0 изображены нарис. 3.10. При изменении акустической частоты отклонение света будет происходит лишь на тех частотах, для63которых значение функции φ0 лежит внутри области,заключенной между графиками функции (рн и φι,:9* (/)<?.(/)<?* (7).•Очевидно, что диапазон частот Л/'=/с> — f c будет максимален, если прямая φ0 будет касательной к гиперболе φ/ί в точке fT (рис. 3.10). Значение /т являетсяединственным корнем квадратного уравнения <ро=<ря;граничные частоты Д» и fc определятся из решенияуравнения φο^φι//с, = /,.
+ /. /А,(3:15)здесь г*=/*01Я/ЛДве последние формулы в (3.15) определяют диапазон акустических частот, в пределах которого происходит отклонение света:&Р=г2У2х>[УП.(3.16)Оптимальный период решетки d находится из условия, что /г является единственным корнем уравненияВыражение (3.16) показывает, что полоса рабочихчастот системы со сканируемым полем в несколько разпревышает полосу обычного дефлектора, работающегов области Брэгга. Действительно, из (3.13) и (3.16) имеем Δ/'=3,8Δ/.Как отмечалось в § 3.2, полную частотную характеристику дефлектора (штриховая линия на рис.
3.11)определяют частотная характеристика пьезопреобразователя (кривая /) и собственная частотная характеристика дефлектора (кривая 2). Частотная характеристика дефлектора имеет провал в центре на частоте /т, таккак условие Брэгга строго выполняется лишь в двухточках: В и В' (рис. 3.10). В точках С, С7 и Т интенсивность звукового поля в π 2 /4 раза меньше, чем в точках В и В'. Провал в центре частотной характеристики64можно скомпенсировать, если центральную частоту преобразователя выбрать равной / г (рис.
3.11).Рассмотренную систему сканирования акустическогополя легко реализовать на практике, но есть у нее недостаток: для отклонения света используется лишь одиниз двух максимумов акустического поля и соответствен2но всего 4/π ^0,4 акустической мощности./Λ >5^ VРис. 3.11. Формирование частотной характеристики дефлектораРис. 3.12. Схематическое изосражение решетки излучателейс одним главным максимумомОт этого недостатка свободно устройство, предложенное в работе [34], диаграмма направленности которого имеет один главный максимум (рис. 3.12).
Оно отличается от предыдущего тем, что преобразователи,включенные в противофазе, не лежат в одной плоскости, а смещены друг относительно друга. Высота ступени выбирается равной половине длины волны на центральной частоте /о. Для компенсации изменения брэгговского угла с частотой длина каждого преобразователя должна равняться ϋ 2 /(λ/ 2 ο).Изготовление такой ступенчатой конструкции связаносо значительными технологическими трудностями, чтоограничивает ее использование.3.7.
Применение акустооптических дефлекторовВ настоящее время известны всего два способа немеханического управляемого отклонения светового луча: электрооптический и акустооптический. Электрооптические дефлекторы (ЭОД) были разработаны раньшеакустооптических (АОД), но они оказались очень сложными при изготовлении, поскольку представляют собойконструкцию, насчитывающую до сотни оптических эле5—35765ментов. Кроме того, ЭОД требуют высокое управляющее напряжение, что резко усложняет электронику обслуживания. Поэтому АОД часто используются в те\устройствах, где раньше предполагалось использовапЭОД.Практически для всех применений необходимо двухкоординатное отклонение излучения.
Для его осуществления свет пропускается через две акустооптическшячейки, ориентированные взаимно перпендикулярноСвет, отклоненный первой ячейкой, проходит через вторую и отклоняется ею в перпендикулярном направленииОдной из наиболее важных областей применения АОДРис. 3.13. Оптическая формирующая система двухкоординатного дефлектора:/ — лазер; 2 — телескопы; 3 — цилиндрические линзы; 4 — сферическая линза:X и Υ — дефлекторыявляются системы оптической памяти. Так, в работе [36]АОД осуществлял запись и считывание информации,представленной в виде матрицы голограмм. Разрешениедефлектора 220x220 позиций по критерию Релея, быстродействие 3 мкс. В дефлекторе использовались кристаллы молибдата свинца, диапазон управляющих частот от 150 до 250 МГц.
Довольно сложная оптическаяформирующая система дефлектора (рис. 3.13) содержитсферические и цилиндрические линзы. Эффективностьотклонения составляет 45%.Для аналогичных целей в работе [37] использовался двухкоординатный дефлектор на парателлурите, обеспечивающий считывание 32X32 голограмм. Этот приборимел более простую формирующую оптику, состоящуюиз обычного телескопа. Быстродействие дефлектора8 мкс.Другой проблемой, которая решается с помощьюАОД, является создание немеханического устройствавывода информации из ЭВМ. Недостатком существующих механических систем печати является низкое быстродействие и недостаточная надежность.66АОД является главным элементом в цифро-буквопечатающих устройствах вывода информации из ЭВМ,разработанного американской фирмой Zenith [38].В этом устройстве один дефлектор с разрешением 103позиций отклонял луч вдоль строки, а другой дефлектор, на который заводилось одновременно семь сигналовна разных частотах от генератора, создавал веер лучейдля записи по вертикали(рис.
3.14). Каждый знак записывался с помощью комбинации из 7X5 точек, каждая строка состояла из 132знаков. В АОД, использованных в этой системе, в качестве акустооптического вещества применялось стекло.Несущая частота дефлектора с высоким разрешением(103 позиций) составляла150 МГц, дефлектора с низким разрешением (7 позида „„формации на ЭВМ:ιЦИЙ) — 40 МГц. ЗаПИСЬ ОСу-/ _ лазер;ЩеСТВЛЯЛаСЬ На фОТОЧуВСТВИТеЛЬНОЙ бумаге, ВреМЯ ЗаПИси ртпп^и rwnrrn 1490 мт^гСИ СТрОКИ ОКОЛО loZU МКС.В работе [39] ОДНОКООр-^^Гразр^не-в1ШД±Ж4 — семичастотный генератор; 5 —кодирующее устройство; 5-управляющее устройство; 7 — экран (светочувствительная бумага)2 - малопозиционныйдинатный АОД применялсядля получения телевизионного изображения на экранеразмером 1,2X0,9 м 2 . Этим дефлектором луч лазераотклонялся в горизонтальном направлении (строчнаяразвертка).
В вертикальном направлении (кадровая развертка) движение луча осуществлялось с помощью механической отклоняющей системы, основной детальюкоторой служила многогранная зеркальная призма,вращавшаяся электродвигателем. Были опробованы дватипа АОД. Один дефлектор в качестве звукопроводаиспользовал молибдат свинца, другой — парателлурит.Дефлектор на молибдате свинца имел разрешение 282позиции, дефлектор на парателлурите 524. ПараметрыАОД, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами,приводятся в табл.
3.1.5*8Т а б л и ц а 3.1Параметры акустооп тических дефлекторовя-сиоФирма-изготовительМодельРабочая длинаволны, мкмЧисло][раз- Диапазонрешенныхрабочихпозиций (почастот,критериюМГцРелея)Эффективность, %£К PQЕГМатериалзвукопроводаОптическаяапертура,ммIsometZenithD250KLD-400-XLD-400-XY0,44—0,70,44—0,70,5140,514150—300>50>50—РЬМоО4РЬМоО420245,57,575—125650400X400 75—125>50>503,53,5Те02Те028X706,61310,71,5ТеОоТеО2Те02Те0206,606,607,010,710,710,71238,6X21041X2108001000150—300LD-401-1XLD-401-2XLD-401-5XLD-401-7X0,440,488—0,5140,63281,0632040040018085—12575—12575—12535—55D70R0,632840050—90D150R0,63281000————В центре70; на краях 60100—200 В центре50; на краях 409343,59ПримечанияΙιSJ ЛIISoroOJс оS%СтеклоJ»06,6—Двухкоординатныйдефлектор—4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
