Magnich_L_N__Molchanov_V_Ya_-_Akustoopticheskie_u (1239102), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Действительно, вычисляя интегралв (1.41) при а> 1 и W—Ю, найдем, что в перетяжке распределениеполя дифрагированного света — прямоугольное. В плоскости дифракции протяженность дифрагированного поля равна Ζ,λ/Λ, τ. е.длине пьезопреобразователя, уменьшенной в Λ/λ раз. Так как масштаб изображения мал, необходимо применять микроскоп.
На практике в этом случае удобно сместить акустооптическое устройствоотносительно перетяжки, так чтобы последняя оказалась вне звукопровода. Примером визуализации акустического поля, осуществленной таким способом, служит рис. 6.4, на котором показана фотография акустического поля, излучаемого решеткой из четырех одинаковых преобразователей. На фотографии отчетливо видна трещина в правом крайнем преобразователе.6.3. Согласование пьезопреобразователя с трактомуправляющего сигналаЗатухание звука в материале ограничивает верхниечастоты большинства акустооптических устройств величиной ^300 МГц.Условия Брэгга не позволяют использовать частотыниже десятков мегагерц.
Полоса частот акустооптиче98ских устройств, не больше октавы, поскольку при более широкой полосе в области углов, сканируемыхизлучением, дифрагировавшим в первый порядок, оказывается излучение из второго порядка дифракции,создающее помехи. Задачей согласующей цепочкиявляется обеспечение постоянной величины мощностиакустической волны в звукопроводе во всем диапазоне рабочих частот. Пьезопреобразователь, представляющий собой тонкую пластину из пьезоэлектрика,присоединенную к звукопроводу, для электрическогосигнала является нагрузкой, состоящей из параллельновключенной емкости и активного сопротивления.
Активная часть этой нагрузки, кроме потерь энергии в пьезопреобразователе и связующих его со звукопроводомслоях, характеризует преобразование электрическойэнергии в звуковую волну.Расчет частотной зависимости активной и реактивнойчастей с учетом свойств связующих слоев детально описан в работе [67]. Для этойцели свойства пеьзоэлектричеί 2/rfLской пластины и каждого из"связующих слоев представляются матрицей передачи соответствующего линейного четырехполюсника, а импеданс вычисляетсяизпроизведенияэтих матриц. Для определенияимпедансапьезопреобразователя с согласующей цепочкойпроизведение следует допол- ^ис· 6.5. Зависимость эквинить матрицей передачи этой £^а^И1/(Ме)цепОЧКИ.
Таким СПОСОбОМ МОЖНО подобрать схему и параметры Согласующей ЦепОЧКИ И,шунтирующей индуктивности 2nfL от частоты /вблизи резонанса:изадавшись необходимой поло£|й"нд^?иьвн^тирую"сой частот, вычислить КСВв этой полосе.Описанный точный метод подбора и расчета являетсядостаточно трудоемким, тем более, что процедура перемножения матриц передач может быть выполнена лишьчисленным путем на ЭВМ. В работе [68] описан болеепростой и наглядный способ согласования пьезопреобразователя с высокочастотным трактом.
Авторы этой работы обратили внимание на немрнотонный характер из7*99менения эквивалентной емкости пьезопреобразователявблизи частоты резонанса (рис. 6.5). Характер изменения емкости с частотой подсказывает способ согласования, заключающийся в таком выборе шунтирующейиндуктивности L, чтобы емкость пьезопреобразователябыла бы скомпенсирована в трех точках диапазона /ч./2, /з. Полученное активное сопротивление трансформируется к сопротивлению высокочастотного тракта. Схема согласования, пригодная для практического применения в диапазоне частот до 200 МГц, показана нярис. 6.6,а. Ширина полосы частот согласования опреде-i/7Рис.
6.6. Типичные согласующие цепочки в акустооптических устройствах:а — трансформаторная схема согласования; б — согласующая цепочка акустооптического дефлектора на молибдате свинцаляется, грубо говоря, величиной /з—/ь которая, в своюочередь, растет с увеличением коэффициента электромеханической связи пьезопреобразователя и с уменьшением различия акустических импедансов пьезопреобразователя и звукопровода. Эта схема позволяет, например,согласовать пьезопреобразователь для продольных волниз ниобата лития, рассчитанный на частоту 80 МГц,с емкостью 100 пФ, присоединенный к стеклу ТФ-7,в полосе частот от 50 до 100 МГц. На частотах выше100 МГц обычно прибегают к секционированию пьезопреобразователя и к последовательному соединению егосекций. Результирующая емкость выбирается такой, чтобы частота ее последовательного резонанса с индуктивностью провода, подводящего высокочастотный сигнал,находилась выше рабочего диапазона.
В диапазоне частот 100—200 МГц трансформаторная схема позволяетсогласовать в полосе около 70 МГц пьезопреобразователь из ниобата лития, присоединенный к звукопроводуиз молибдата свинца. Применение согласующей цепочки, показанной на рис. 6.6,6, обеспечивает компенсацию100реактивности в большем числе точек и расширяет полосупьезопреобразователя до 90 МГц.Согласование сдвиговых пьезопреобразователей изниобата лития, присоединенных к парателлуриту, осложняется значительным отличием акустических импедансов этих материалов.
Для расширения полосы толщинаиндиевого связующего слоя выбирается такой, чтобыона могла служить четвертьволновым трансформатором. Согласующий слой и секционирование пьезопреобразователя позволяют, ограничившись трансформаторной схемой, осуществить согласование в полосе частотот 70 до 120 МГц.Из других способов расширения полосы частот акустооптического устройства следует упомянуть о пьезопреобразователе, состоящем из двух пластин ниобаталития различной толщины, с различными резонанснымичастотами.
Таким образом в работе [52] была полученаполоса перестройки акустооптического фильтра от 54 до175 МГц/7. Акустооптические материалыДля предсказания свойств акустооптического материала Пинноу [69] предложил правила, оказавшиесядостаточно эффективными. Основываясь на физическихпараметрах, входящих в выражение для акустооптического коэффициента качества, он установил, что его величину можно оценить, исходя из химической формулыматериала и его плотности. Далее, если известна твердость и растворимость в воде, то М2 можно определитьс ошибкой не более чем в пять раз.
Исследования в этомже направлении продолжены в работе [8], где отмечается, например, что вещества с высоким коэффициентомкачества имеют, как правило, большие акустические потери.В настоящее время перечень материалов, рекомендуемых различными авторами в качестве акустооптических сред [8, 17, 69], превышает сто наименований. Темне менее даже беглый обзор литературы показывает,что подавляющее большинство наиболее интересных изначительных работ в области акустооптики было сделано практически на одних и тех же немногих материалах.Еще меньшее число материалов используется в про101мышленных разработках. Так, многие зарубежные фирмы, такие как Zenith и другие, в промышленных дефлекторах и модуляторах видимого диапазона отдают предпочтение одному из наименее экзотических материалов—стеклу.Причина заключается в том, что обычно от материалов требуют большие значения коэффициента акустооптического качества Λί2, малое акустическое затухание;сравнивают их по скорости звука.
Меньшее вниманиеуделяют оптическому качеству, технологичности, которые при существующих способах изготовления акустооптических устройств и конкретных условиях работы могутпредопределить выбор. Для промышленных приборовбезусловно важным является, освоен или нет данныйматериал производством. Таким образом, действительноперспективными могут оказаться материалы, которыев сравнительном ряду по основным акустооптическимпараметрам (коэффициент акустооптического качества,затухание звука) находятся на одном из последних мест.Гак, например, именно низкие оптические потери плавПараметры акустооптиДиапазонпрозрачности,мкмλ, мкмПоказатель преломленияSiO2(плавленый кварц)0,2—4,50,631,457РЬМоО4(молибдат свинца)0,42—5,50,632,3852,262ТФ-7(тяжелый флинт)0,4—2,60,631,728ТеО2(парателлурит)0,35—50,632,26МатериалПоляризация ( | [ или Jволновому вектору""акустической волны) инаправление распространения света_ьпр)извэльнаяιΓJ.круговая по оси[001J2,4121 ГОе(германий)2—1610,64,0! 1.произвольная|Леного кварца обусловливают его применение в ймрульсных модуляторах добротности резонаторов тверГдотельных лазеров и для вывода излучения из резона[тора Не—Ne-лазера (λο=0,63 мкм), несмотря на то, что( к в а р ц имеет малый коэффициент качества.Остановимся кратко на тех акустооптических материалах, которые представляются перспективными именно в этом смысле.
Это плавленый кварц SiU2, молибдатсвинца РЬМоО4, стекло — тяжелые флинты, двуокисьтеллура ТеО2 и германий Ge. Параметры этих материалов приведены в табл. 7.1.1. Плавленый кварц. Коэффициент качества М2== 1,56 ·10~18 с 3 /г. Плавленый кварц является материалом, относительно которого определяют акустооптическое качество других материалов [70]. Значение М2 любого материала выражаютотносительно величиныΛί2 SiO2, которую принимают равной единице. Плавленый кварц имеет малый коэффициент затухания звука,низкие оптические потери и высокое оптическое качеТ а б л и ц а 7.1еских материаловКоэффициКоэффициПоляризация иент качестСкоростьент затуПлотнаправление расва по отно- акустичесхания,ность,фостра нения ак\сшению к кой волны,ДБГ /СМ105 см / сти ческой волныплавленосм-ГГц аму кварцуПримечание3продольная,поперечная0,3 .15,963,7612192,20продольнаяпо оси [001]23233,63156,95продольная3,23,633004,59поперечнаяпо оси [110]5100,616290продольная пооси [001]2216,54,2015продольнаяпо оси [111],^поперечная по1 оси [100]5405,50301853,519Литератураабсолютное [17,71]значениеAf 2 =l,56XХ10-' 8 с 3 /г[72,73]—[74]6,00обладает[75]оптическойактивностью5,33[76]103cfBo.
Применяется для работы йнутрй резонаторов лазеров.2. Молибдат свинца. Один из наиболее распространенных акустооптических материалов видимого и ближнегоИК диапазонов. Имеет высокий коэффициент качестваΛί2=23 и малое акустическое затухание. Широко используется в модуляторах и дефлекторах. Образцы с высоким оптическим качеством могут иметь размеры донескольких сантиметров, что обусловливает его применение в дефлекторах с большим разрешением.3. Тяжелые флинты. Невысокий коэффициент качества(М2—3—10) и большое акустическое затухание (3—10 дБ на 1 см при 100 МГц) компенсируются хорошимиоптическими свойствами и технологичностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
