RU2461852C1 - Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector - Google Patents

Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector Download PDF

Info

Publication number
RU2461852C1
RU2461852C1 RU2011109938/28A RU2011109938A RU2461852C1 RU 2461852 C1 RU2461852 C1 RU 2461852C1 RU 2011109938/28 A RU2011109938/28 A RU 2011109938/28A RU 2011109938 A RU2011109938 A RU 2011109938A RU 2461852 C1 RU2461852 C1 RU 2461852C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anisotropic
deflector
transducer
acousto
range
Prior art date
Application number
RU2011109938/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Валентинович Заварин (RU)
Сергей Валентинович Заварин
Александр Алексеевич Колотырин (RU)
Александр Алексеевич Колотырин
Евгений Леонардович Никишин (RU)
Евгений Леонардович Никишин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority to RU2011109938/28A priority Critical patent/RU2461852C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2461852C1 publication Critical patent/RU2461852C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method involves exciting an acoustic wave in the photoelastic medium of an anisotropic acoustooptical deflector using a multi-element electroacoustic transducer. The period of the elements of the transducer is selected in accordance with a predetermined relationship between the central frequency of the range of the anisotropic acoustooptical deflector and the period of elements of the multi-element transducer. The anisotropic acoustooptical deflector is tuned by varying the angle of incidence of light onto the photoelastic medium for operation with one of the acoustic side lopes of the beam pattern of the multi-element transducer. The relationship between the central frequency of the range of the anisotropic acoustooptical deflector and the period of elements of the transducer is determined based on frequency-angle characteristics of the anisotropic acoustooptical deflector with the multi-element electroacoustic transducer, obtained for the given interval of periods of the elements of the converter.
EFFECT: possibility of selecting the central frequency of the range of an anisotropic acoustooptical deflector without changing the crystal section geometry.
3 dwg

Description

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в приборах отклонения и модуляции лазерных пучков и, в частности, при разработке элементов ввода информации в устройствах оптической обработки радиосигналов.The invention relates to acousto-optics and can be used in devices for deflecting and modulating laser beams and, in particular, in the development of information input elements in optical processing devices for radio signals.

Принцип действия широкополосных анизотропных акустооптических дефлекторов основан на использовании особенностей геометрии акустооптического взаимодействия при анизотропной дифракции [1]. Известно, что в таких дефлекторах центральная частота диапазона зависит от параметров материала, из которого изготовлена фотоупругая среда дефлектора (физических свойств кристалла) и направления распространения акустической волны [2, 3, 4]. Подбор среза акустооптического кристалла является единственным известным способом изменения центральной частоты широкополосного анизотропного СВЧ-дефлектора [2, 3, 4, 5]. Однако необходимость изменения среза кристалла при смене центральной частоты анизотропного дефлектора приводит к уменьшению коэффициента акустооптического качества М2 и, следовательно, снижению дифракционной эффективности от максимальных величин, возможных для данного акустооптического кристалла [2, 3, 6]. Это является существенным недостатком способа изменения центральной частоты с помощью выбора среза кристалла в анизотропных акустооптических дефлекторах.The principle of operation of broadband anisotropic acousto-optic deflectors is based on the use of the geometry features of acousto-optic interaction during anisotropic diffraction [1]. It is known that in such deflectors the central frequency of the range depends on the parameters of the material from which the photoelastic deflector medium is made (physical properties of the crystal) and the direction of propagation of the acoustic wave [2, 3, 4]. The selection of a slice of an acousto-optic crystal is the only known method for changing the center frequency of a broadband anisotropic microwave deflector [2, 3, 4, 5]. However, the need to change the crystal cut when changing the center frequency of the anisotropic deflector leads to a decrease in the acousto-optical quality coefficient M 2 and, therefore, a decrease in diffraction efficiency from the maximum values possible for a given acousto-optic crystal [2, 3, 6]. This is a significant drawback of the method for changing the center frequency by choosing a crystal cut in anisotropic acousto-optical deflectors.

Задача изобретения заключается в реализации возможности выбора центральной частоты диапазона анизотропного акустооптического дефлектора без изменения геометрии среза кристалла, являющегося фотоупругой средой дефлектора.The objective of the invention is to realize the possibility of choosing the center frequency of the range of the anisotropic acousto-optical deflector without changing the geometry of the crystal slice, which is the photoelastic medium of the deflector.

Поставленная задача достигается тем, что способ изменения центральной частоты диапазона акустооптического анизотропного дефлектора включает возбуждение акустической волны в фотоупругой среде акустооптического анизотропного дефлектора посредством многоэлементного электроакустического преобразователя, период следования элементов которого выбирают в соответствии с предварительно установленной зависимостью центральной частоты диапазона акустооптического анизотропного дефлектора от периода следования элементов многоэлементного преобразователя, и настройку акустооптического анизотропного дефлектора путем изменения угла падения света на фотоупругую среду для работы с одним из боковых акустических лепестков диаграммы направленности многоэлементного преобразователя, при этом зависимость центральной частоты диапазона анизотропного акустооптического дефлектора от периода следования элементов преобразователя определяют на основе полученных для заданного интервала периодов следования элементов преобразователя частотно-угловых характеристик акустооптического анизотропного дефлектора с многоэлементным электроакустическим преобразователем.The problem is achieved in that the method for changing the center frequency of the range of the acousto-optic anisotropic deflector includes exciting the acoustic wave in the photoelastic medium of the acousto-optic anisotropic deflector using a multi-element electro-acoustic transducer, the period of the elements of which is selected in accordance with the previously established dependence of the central frequency of the range of the acousto-optical anisotropic deflector on the period of the elements multi-element transducer, and tuning the acousto-optic anisotropic deflector by changing the angle of incidence of the light on the photoelastic medium to work with one of the side acoustic lobes of the radiation pattern of the multi-element transducer, while the dependence of the center frequency of the range of the anisotropic acousto-optic deflector on the repetition period of the transducer elements is determined on the basis of the obtained ones for a given interval periods of the following elements of the converter of the frequency-angular characteristics of acoustooptics eskogo anisotropic deflector with multielement electroacoustic transducer.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 представлена векторная диаграмма взаимодействия плоской монохроматической световой волны с акустической волной для анизотропной дифракции в отрицательном одноосном кристалле, где

Figure 00000001
- волновой вектор падающей обыкновенной световой волны,
Figure 00000002
- волновой вектор дифрагированной необыкновенной световой волны,
Figure 00000003
- волновой вектор акустической волны, β - угол между направлением распространения акустической волны и осью Y кристалла, θi - угол падения световой волны, θd - угол дифракции, θl - угол падения света относительно оси Y кристалла; на фиг.2 изображена рассчитанная частотно-угловая характеристика для анизотропного дефлектора на ниобате лития YZ+1200 среза с многоэлементным преобразователем длиной 2 мм и периодом 200 мкм; на фиг.3 - зависимость центральной частоты диапазона дефлектора от периода многоэлементного преобразователя, где кривая 1 показывает настройку дефлектора для работы на акустическом лепестке, соответствующем «-1» гармонике периодического преобразователя, кривая 2 - настройку дефлектора для работы на акустическом лепестке, соответствующем «+1» гармонике.The invention is illustrated by drawings: figure 1 presents a vector diagram of the interaction of a plane monochromatic light wave with an acoustic wave for anisotropic diffraction in a negative uniaxial crystal, where
Figure 00000001
is the wave vector of the incident ordinary light wave,
Figure 00000002
- wave vector of the diffracted extraordinary light wave,
Figure 00000003
is the wave vector of the acoustic wave, β is the angle between the direction of propagation of the acoustic wave and the Y axis of the crystal, θ i is the angle of incidence of the light wave, θ d is the angle of diffraction, θ l is the angle of incidence of light relative to the Y axis of the crystal; figure 2 shows the calculated frequency-angle characteristic for an anisotropic deflector on lithium niobate YZ + 120 0 cut with a multi-element transducer 2 mm long and a period of 200 μm; figure 3 - dependence of the center frequency of the range of the deflector from the period of the multi-element Converter, where curve 1 shows the setting of the deflector to work on the acoustic lobe corresponding to "-1" harmonic of the periodic Converter, curve 2 - setting the deflector to work on the acoustic lobe corresponding to "+ 1 "harmonica.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В анизотропном кристалле выбранного среза, соответствующего максимальным значениям коэффициента акустооптического качества м2, с помощью многоэлементного электроакустического преобразователя возбуждают акустические волны, на которых при выполнении условия Брэгга и происходит широкополосная анизотропная дифракция падающего на кристалл монохроматического пучка света. Диаграмма направленности многоэлементного преобразователя имеет несколько акустических лепестков, интенсивность которых зависит от геометрических параметров многоэлементного преобразователя. При изменении частоты подаваемого на преобразователь электромагнитного сигнала происходит изменение направления распространения возбуждаемых преобразователем боковых акустических лепестков. Интервал изменения углов распространения определяется как частотой входного сигнала, так и периодом следования электродов многоэлементного преобразователя. Существует период многоэлементного преобразователя, при выборе которого изменение угла направления распространения акустического лепестка с изменением частоты и изменение угла падения света с частотой, необходимого для выполнения условия Брэгга, позволяют получить широкополосную дифракцию в диапазоне с центральной частотой, отличной от центральной частоты анизотропного акустооптического дефлектора с одноэлементным преобразователем. При этом значение центральной частоты диапазона акустооптического анизотропного дефлектора зависит от периода следования элементов многоэлементного электроакустического преобразователя, и поэтому период преобразователя выбирают в соответствии с этой зависимостью. Кроме того, центральная частота диапазона акустооптического анизотропного дефлектора зависит от направления поворота бокового акустического лепестка, на котором происходит дифракция, при изменении частоты электромагнитного сигнала. В результате дефлектор с многоэлементным преобразователем с конкретным периодом может работать в диапазонах с разными центральными частотами. В зависимости от требуемой центральной частоты дефлектор настраивают для работы с одним из боковых лепестков диаграммы направленности многоэлементного преобразователя путем изменения угла падения светового пучка на кристалл.The proposed method is as follows. In an anisotropic crystal of the selected slice corresponding to the maximum values of the acousto-optic quality coefficient m 2 , acoustic waves are excited using a multi-element electro-acoustic transducer, which, when the Bragg condition is fulfilled, the broadband anisotropic diffraction of the monochromatic light beam incident on the crystal occurs. The radiation pattern of a multi-element transducer has several acoustic lobes, the intensity of which depends on the geometric parameters of the multi-element transducer. When the frequency of the electromagnetic signal supplied to the converter changes, the direction of propagation of the side acoustic lobes excited by the converter changes. The interval of variation of the propagation angles is determined by both the frequency of the input signal and the period of the electrodes of the multi-element converter. There is a period of a multi-element converter, when choosing a change in the propagation direction angle of the acoustic lobe with a change in frequency and a change in the angle of incidence of light with a frequency necessary to fulfill the Bragg condition, it is possible to obtain broadband diffraction in a range with a central frequency different from the center frequency of an anisotropic acousto-optical deflector with a single-element converter. The value of the center frequency of the range of the acousto-optic anisotropic deflector depends on the period of the elements of the multi-element electro-acoustic transducer, and therefore the period of the transducer is chosen in accordance with this dependence. In addition, the center frequency of the range of the acousto-optic anisotropic deflector depends on the direction of rotation of the lateral acoustic lobe on which diffraction occurs when the frequency of the electromagnetic signal changes. As a result, a deflector with a multi-element converter with a specific period can operate in ranges with different central frequencies. Depending on the desired center frequency, the deflector is tuned to work with one of the side lobes of the radiation pattern of the multi-element converter by changing the angle of incidence of the light beam on the crystal.

Зависимость центральной частоты диапазона акустооптического анизотропного дефлектора от периода следования элементов многоэлементного преобразователя устанавливают на основе частотно-угловых характеристик акустооптического анизотропного дефлектора с многоэлементным преобразователем, полученных теоретически или экспериментально для заданного интервала периодов.The dependence of the center frequency of the range of an acousto-optic anisotropic deflector on the repetition period of elements of a multi-element transducer is established on the basis of the frequency-angular characteristics of an acousto-optical anisotropic deflector with a multi-element transducer obtained theoretically or experimentally for a given interval of periods.

Проанализируем частотно-угловую характеристику анизотропного дефлектора с многоэлементным преобразователем. В работе [1] исходя из законов сохранения энергии и импульса получено выражение зависимости оптимального угла падения световой волны от частоты для эффективной анизотропной дифракции θi:Let us analyze the frequency-angular characteristic of an anisotropic deflector with a multi-element converter. In [1], based on the laws of conservation of energy and momentum, an expression is obtained for the frequency dependence of the optimal angle of incidence of the light wave for effective anisotropic diffraction θ i :

Figure 00000004
Figure 00000004

где λ0 - длина волны света в вакууме, ν - скорость упругой волны в кристалле, f - частота этой волны, no - показатель преломления падающей обыкновенной световой волны, nd - показатель преломления дифрагированной необыкновенной световой волны.where λ 0 is the wavelength of light in vacuum, ν is the speed of the elastic wave in the crystal, f is the frequency of this wave, n o is the refractive index of the incident ordinary light wave, n d is the refractive index of the diffracted extraordinary light wave.

Метод расчета частотно-угловой характеристики основан на анализе оптических индикатрис показателей преломления обыкновенной и необыкновенной световых волн в кристалле и нахождении показателя преломления дифрагированной световой волны nd. На сегодняшний день самым перспективным материалом в качестве фотоупругой среды дефлекторов для работы в СВЧ-диапазоне является ниобат лития (LiNbO3). Этот материал обладает наименьшим коэффициентом затухания акустических волн Г при относительно высоком коэффициенте акустооптического качества М2 по сравнению с другими материалами, применяемыми в высокочастотных дефлекторах [6]. Поэтому как пример, в качестве фотоупругой среды был выбран именно кристалл ниобата лития. На фиг.1 изображена векторная диаграмма происходящей в плоскости YZ анизотропной дифракции на упругой волне, распространяющейся в направлении, составляющем угол β с осью Y. Для ниобата лития при β≈120° такая геометрия взаимодействия позволяет получить наиболее высокий коэффициент акустооптического качества [2].The method for calculating the frequency-angular characteristic is based on the analysis of optical indicatrices of the refractive indices of ordinary and extraordinary light waves in a crystal and finding the refractive index of a diffracted light wave n d . To date, the most promising material as a photoelastic medium for deflectors for operation in the microwave range is lithium niobate (LiNbO 3 ). This material has the lowest attenuation coefficient of acoustic waves G at a relatively high coefficient of acousto-optical quality M 2 in comparison with other materials used in high-frequency deflectors [6]. Therefore, as an example, just a lithium niobate crystal was chosen as the photoelastic medium. Figure 1 shows a vector diagram of anisotropic diffraction by an elastic wave propagating in the YZ plane, propagating in the direction making an angle β with the Y axis. For lithium niobate at β≈120 °, this interaction geometry allows one to obtain the highest acousto-optical quality coefficient [2].

Найдем выражение для показателя преломления дифрагированной волны nd, в котором в качестве параметров выступают зависящие от частоты направление упругой волны β и модуль ее волнового вектора K=2π·f/ν. Концы возможных волновых векторов дифрагированного света при заданных значениях этих параметров на фиг.1 отображаются точками 2, 4, 6 и 8. Искомая величина определяется значениями координат этих точек. Например, для точки 2:Let us find the expression for the refractive index of the diffracted wave n d , in which the frequency-dependent direction of the elastic wave β and the modulus of its wave vector K = 2π · f / ν act as parameters. The ends of the possible wave vectors of diffracted light at given values of these parameters are shown in Fig. 1 by points 2, 4, 6 and 8. The desired value is determined by the coordinate values of these points. For example, for point 2:

Figure 00000005
Figure 00000005

Чтобы отыскать координаты точки 2, решим совместно систему уравнений:To find the coordinates of point 2, we jointly solve the system of equations:

1) уравнение окружности, которой принадлежит точка 11) the equation of the circle to which point 1 belongs

Figure 00000006
Figure 00000006

2) уравнение эллипса, на котором расположена точка 22) the equation of the ellipse on which point 2 is located

Figure 00000007
Figure 00000007

3) уравнение прямой, проходящей через точки 1 и 23) the equation of a line passing through points 1 and 2

Figure 00000008
Figure 00000008

4) уравнение для длины отрезка, соединяющего точки 1 и 24) the equation for the length of the segment connecting points 1 and 2

Figure 00000009
Figure 00000009

Система сводится к уравнению четвертой степени относительно неизвестной координаты y2:The system reduces to an equation of the fourth degree with respect to the unknown coordinate y 2 :

Figure 00000010
Figure 00000010

Здесь использованы обозначения:

Figure 00000011
, где n0 - показатель преломления обыкновенной волны, ne - минимальная величина показателя преломления необыкновенной волны,
Figure 00000012
- модуль волнового вектора падающего света, λ0 - длина волны падающего света в вакууме,
Figure 00000013
- модуль волнового вектора упругой волны, ν - скорость упругой волны, f - частота упругой волны. В общем случае это уравнение имеет четыре корня, которые определяют модули волновых векторов дифрагированного света, соответствующих точкам 2, 4, 6 и 8.Notation used here:
Figure 00000011
where n 0 is the refractive index of an ordinary wave, n e is the minimum value of the refractive index of an ordinary wave,
Figure 00000012
is the modulus of the wave vector of the incident light, λ 0 is the wavelength of the incident light in vacuum,
Figure 00000013
is the modulus of the wave vector of the elastic wave, ν is the speed of the elastic wave, f is the frequency of the elastic wave. In the general case, this equation has four roots that determine the moduli of the diffracted light wave vectors corresponding to points 2, 4, 6, and 8.

Используя введенные обозначения и уравнение (4), выражение (2) можно переписатьUsing the introduced notation and equation (4), expression (2) can be rewritten

Figure 00000014
Figure 00000014

Следует отметить, что параметры уравнения (7) β и К в случае использования для возбуждения ультразвуковой волны многоэлементного преобразователя не являются независимыми. Направление распространения ультразвуковой волны β определяется срезом кристалла α и параметрами многоэлементного преобразователя. На высоких частотах для синфазного преобразователя оно задается выражениемIt should be noted that the parameters of equation (7) β and K in the case of using a multi-element transducer to excite an ultrasonic wave are not independent. The direction of propagation of the ultrasonic wave β is determined by the cut of the crystal α and the parameters of the multi-element transducer. At high frequencies for the in-phase converter, it is given by

Figure 00000015
Figure 00000015

где ρ - период многоэлементного преобразователя. В случае использования противофазного преобразователя значение величины р должно быть в два раза больше реального периода. Выбор знака "+" или "-" зависит от того на акустическом лепестке какой пространственной гармоники соответственно "+1" или "-1" происходит акустооптическое взаимодействие. Скорость же ультразвуковой волны ν вследствие анизотропии упругой среды сама зависит от направления распространения β. Для рассматриваемой геометрии акустооптического взаимодействия в ниобате лития [7]where ρ is the period of the multi-element converter. In the case of using an antiphase converter, the value of p should be twice as large as the real period. The choice of the “+” or “-” sign depends on the acoustic lobe of which spatial harmonic, respectively, “+1” or “-1”, the acousto-optic interaction occurs. The velocity of the ultrasonic wave ν due to the anisotropy of the elastic medium itself depends on the propagation direction β. For the considered geometry of acousto-optical interaction in lithium niobate [7]

Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000016
Figure 00000017

где с14, c44, с66 - упругие константы ниобата лития, ρ - его плотность,

Figure 00000018
.where c 14 , c 44 , c 66 are the elastic constants of lithium niobate, ρ is its density,
Figure 00000018
.

Таким образом, и частота f, и скорость ν, и показатель преломления дифрагированной волны nd, входящие в качестве параметров в выражение (1), зависят от угла β. Поэтому предлагаемый алгоритм нахождения частотно-угловой характеристики имеет вид:Thus, both the frequency f, and the velocity ν, and the refractive index of the diffracted wave n d included in the expression (1) as parameters depend on the angle β. Therefore, the proposed algorithm for finding the frequency-angular characteristic has the form:

1) Задаем срез кристалла α.1) We set the crystal cut α.

2) Выбираем пределы и шаг изменения направления распространения упругой волны β.2) Choose the limits and the step of changing the direction of propagation of the elastic wave β.

3) Для каждого заданного значения β по формуле (10) определяем величину скорости упругой волны ν.3) For each given value of β, using the formula (10), we determine the elastic wave velocity ν.

4) С учетом найденной скорости упругой волны ищем ее частоту, работая на которой многоэлементный преобразователь излучает акустический лепесток в направлении β: 4) Given the found speed of the elastic wave, we are looking for its frequency, working at which the multi-element transducer emits an acoustic lobe in the direction β :

Figure 00000019
Figure 00000019

5) При заданных величинах параметров α, β и ρ находим модуль волнового вектора упругой волны:5) For given values of the parameters α, β, and ρ, we find the modulus of the wave vector of the elastic wave:

Figure 00000020
Figure 00000020

6) Решаем уравнение четвертой степени (7), полученное из указанной выше системы геометрических уравнений, и определяем показатель преломления дифрагированной световой волны nd для конкретного значения направления распространения ультразвука β.6) We solve the fourth-degree equation (7) obtained from the above system of geometric equations and determine the refractive index of the diffracted light wave n d for a specific value of the ultrasound propagation direction β.

7) Подставляя найденные значения ν, f и nd в формулу (1), получаем угол Брэгга для падающей световой волны θi.7) Substituting the found values of ν, f and n d in the formula (1), we obtain the Bragg angle for the incident light wave θ i .

8) Этот угол отсчитывается относительно нормали к направлению упругой волны (фиг.1), которое изменяется при смене частоты волны. Поэтому в заключение вычисляем требуемый угол падения света относительно оси Y кристалла θl:8) This angle is measured relative to the normal to the direction of the elastic wave (Fig. 1), which changes when the wave frequency changes. Therefore, in conclusion, we calculate the required angle of incidence of light relative to the axis Y of the crystal θ l :

Figure 00000021
Figure 00000021

9) Откладывая вдоль осей координат величины, найденные в п.4 и п.8, для всего диапазона изменений угла β, получаем частотно-угловую характеристику анизотропного акустооптического дефлектора с многоэлементным преобразователем заданного периода.9) Postponing along the coordinate axes the values found in clauses 4 and 8 for the entire range of changes in angle β, we obtain the frequency-angular characteristic of the anisotropic acousto-optic deflector with a multi-element transducer of a given period.

Как пример, на фиг.2 показана рассчитанная частотно-угловая характеристика для анизотропного дефлектора на ниобате лития YZ+120° среза с многоэлементным преобразователем длиной 2 мм и периодом 200 мкм. Область углов, в которой снижение эффективности акустооптического взаимодействия не превышает 3 дБ, ограничена сплошными линиями. Полоса частот составляет величину около 420 МГц при центральной частоте 2633 МГц.As an example, figure 2 shows the calculated frequency-angle characteristic for an anisotropic deflector on lithium niobate YZ + 120 ° cut with a multi-element transducer 2 mm long and a period of 200 μm. The angle region in which the decrease in the acousto-optic interaction efficiency does not exceed 3 dB is limited by solid lines. The frequency band is about 420 MHz with a center frequency of 2633 MHz.

Анализ частотно-угловых характеристик анизотропных дефлекторов на ниобате лития YZ+120° среза с преобразователями одинаковой длины и различными периодами следования электродов позволил установить зависимость центральной частоты диапазона дефлектора от периода многоэлементного преобразователя. Для геометрии взаимодействия, соответствующей точке 2 (фиг.1), эта зависимость показана на фиг.3. Центральная частота анизотропного дефлектора на ниобате лития YZ+120 среза с одноэлементным преобразователем отмечена на фиг.3 пунктирной линией и равна 2563 МГц. Необходимо отметить, что направление распространения упругой волны при рассмотренных значениях периода изменяется от 116° до 123°, что близко к оптимальной с точки зрения эффективности дифракции величине 120°.The analysis of the frequency-angular characteristics of anisotropic deflectors on lithium niobate YZ + 120 ° cut with converters of the same length and different periods of the electrodes allowed us to establish the dependence of the center frequency of the deflector range on the period of the multi-element converter. For the interaction geometry corresponding to point 2 (Fig. 1), this dependence is shown in Fig. 3. The central frequency of the anisotropic deflector on lithium niobate YZ + 120 cut with a single-element transducer is indicated by a dotted line in FIG. 3 and is equal to 2563 MHz. It should be noted that the direction of propagation of the elastic wave at the considered values of the period varies from 116 ° to 123 °, which is close to the value of 120 ° optimal from the point of view of diffraction efficiency.

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа был изготовлен опытный образец анизотропного дефлектора на кристалле ниобата лития YZ+120° среза с синфазным спиральным преобразователем, состоящим из 10 витков медного провода диаметром 100 мкм, намотанного с периодом 200 мкм. С помощью этого преобразователя в кристалле возбуждалась медленная сдвиговая волна, на которой и происходила дифракция пучка света от He-Ne лазера. По результатам измерений центральная частота дефлектора составила 2,49 ГГц, а абсолютная полоса частот - 420 МГц при дифракции падающего оптического пучка на акустическом лепестке, соответствующем «-1» гармонике. Настройка дефлектора путем изменения угла падения света для работы с акустическим лепестком диаграммы направленности преобразователя, соответствующим «+1» гармонике, обеспечивала работу устройства в полосе 410 МГц с центральной частотой 2,63 ГГц. Полученные экспериментально величины центральных частот анизотропного дефлектора хорошо совпадают со значениями, рассчитанными теоретически (фиг.3).For experimental verification of the proposed method, a prototype anisotropic deflector was made on a YZ + 120 ° lithium niobate crystal cutoff with an in-phase helical transducer consisting of 10 turns of a copper wire with a diameter of 100 μm, wound with a period of 200 μm. Using this converter, a slow shear wave was excited in the crystal, on which the light beam was diffracted by a He-Ne laser. According to the measurement results, the central frequency of the deflector was 2.49 GHz, and the absolute frequency band was 420 MHz when the incident optical beam was diffracted by an acoustic lobe corresponding to a “-1” harmonic. Adjusting the deflector by changing the angle of incidence of light to work with the acoustic lobe of the radiation pattern of the converter corresponding to the “+1” harmonic provided the device in the 410 MHz band with a center frequency of 2.63 GHz. The experimentally obtained values of the central frequencies of the anisotropic deflector are in good agreement with the values calculated theoretically (figure 3).

Список используемой литературыBibliography

1. Dixon R.W. Acoustic diffraction of light in anisotropic media // IEEE J. Quantum Electron. 1967. Vol. QE-3. №.2. P.85-93.1. Dixon R.W. Acoustic diffraction of light in anisotropic media // IEEE J. Quantum Electron. 1967. Vol. QE-3. No. 2. P.85-93.

2. Демидов А.Я., Задорин А.С., Пуговкин А.В. Широкополосная аномальная дифракция света на гиперзвуке в кристалле LiNbO3 // Акустооптические методы и техника обработки информации: межвузовский сборник. Ленинград: ЛЭТИ, ЛИАП, 1980. С.106-111.2. Demidov A.Ya., Zadorin A.S., Pugovkin A.V. Broadband anomalous diffraction of light by hypersound in a LiNbO 3 crystal // Acousto-optic methods and information processing techniques: interuniversity collection. Leningrad: LETI, LIAP, 1980. P.106-111.

3. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985. 280 с.3. Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. M .: Radio and communications, 1985.280 s.

4. US patent №5576880. G02F 1/33. Acousto-optic Bragg cell / I-Cheng Chang. Date of Patent - Nov. 19, 1996.4. US patent No. 5576880. G02F 1/33. Acousto-optic Bragg cell / I-Cheng Chang. Date of Patent - Nov. 19, 1996.

5. Advances in acousto-optics - 2000, / Special issue., Pure & Appl. Opt., v.3, #4, P. S1-S101, 2001.5. Advances in acousto-optics - 2000, / Special issue., Pure & Appl. Opt., V. 3, # 4, P. S1-S101, 2001.

6. Акустические кристаллы: Справочник / Под ред. М.П.Шаскольской. М.: Наука, 1982, 632 с.6. Acoustic crystals: Reference / Ed. M.P. Shaskolskaya. M .: Nauka, 1982, 632 p.

7. Кайно Г. Акустические волны: Устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов / Пер. с англ. Под ред. О.В.Руденко. М.: Мир, 1990, 656 с.7. Kayno G. Acoustic waves: Devices, visualization and analog signal processing / Per. from English Ed. O.V. Rudenko. M .: Mir, 1990, 656 p.

Claims (1)

Способ изменения центральной частоты диапазона акустооптического анизотропного дефлектора, включающий возбуждение акустической волны в фотоупругой среде акустооптического анизотропного дефлектора посредством многоэлементного электроакустического преобразователя, период следования элементов которого выбирают в соответствии с предварительно установленной зависимостью центральной частоты диапазона акустооптического анизотропного дефлектора от периода следования элементов многоэлементного преобразователя, и настройку акустооптического анизотропного дефлектора путем изменения угла падения света на фотоупругую среду для работы с одним из боковых акустических лепестков диаграммы направленности многоэлементного преобразователя, при этом зависимость центральной частоты диапазона анизотропного акустооптического дефлектора от периода следования элементов преобразователя определяют на основе полученных для заданного интервала периодов следования элементов преобразователя частотно-угловых характеристик акустооптического анизотропного дефлектора с многоэлементным электроакустическим преобразователем. A method for changing the center frequency of the range of an acousto-optic anisotropic deflector, including the excitation of an acoustic wave in a photoelastic medium of an acousto-optic anisotropic deflector using a multi-element electro-acoustic transducer, the period of the elements of which is selected in accordance with a previously established dependence of the center frequency of the range of the acousto-optical anisotropic deflector on the repetition period of the elements of the multi-element transducer, and setting acoustically optical anisotropic deflector by changing the angle of incidence of light on a photoelastic medium to work with one of the lateral acoustic lobes of the radiation pattern of a multi-element transducer, while the dependence of the center frequency of the anisotropic acousto-optic deflector range on the repetition period of transducer elements is determined on the basis of the frequency angle characteristics of an acousto-optical anisotropic deflector with many electro-acoustic transducer.
RU2011109938/28A 2011-03-17 2011-03-17 Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector RU2461852C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109938/28A RU2461852C1 (en) 2011-03-17 2011-03-17 Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109938/28A RU2461852C1 (en) 2011-03-17 2011-03-17 Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2461852C1 true RU2461852C1 (en) 2012-09-20

Family

ID=47077570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011109938/28A RU2461852C1 (en) 2011-03-17 2011-03-17 Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2461852C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623710C1 (en) * 2016-07-27 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method of determining the symmetrical optical structure (versions) central frequency and device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU744422A1 (en) * 1978-01-03 1980-06-30 Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР Method of correcting bregg angle in ultrasonic deflector of light beam
US5576880A (en) * 1994-03-31 1996-11-19 Aurora Photonics, Inc. Acousto-optic bragg cell
RU2136032C1 (en) * 1997-12-08 1999-08-27 Саратовский государственный университет им.Н.Г.Чернышевского Acoustooptical deflector
WO2004109370A2 (en) * 2003-06-04 2004-12-16 Monan, Inc. A miniature, narrow band, non-collinear acoustic optical tunable filter for telecom applications
US20080180782A1 (en) * 2007-01-30 2008-07-31 Kump John D Frequency Synthesis For Acousto-Optic Devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU744422A1 (en) * 1978-01-03 1980-06-30 Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР Method of correcting bregg angle in ultrasonic deflector of light beam
US5576880A (en) * 1994-03-31 1996-11-19 Aurora Photonics, Inc. Acousto-optic bragg cell
RU2136032C1 (en) * 1997-12-08 1999-08-27 Саратовский государственный университет им.Н.Г.Чернышевского Acoustooptical deflector
WO2004109370A2 (en) * 2003-06-04 2004-12-16 Monan, Inc. A miniature, narrow band, non-collinear acoustic optical tunable filter for telecom applications
US20080180782A1 (en) * 2007-01-30 2008-07-31 Kump John D Frequency Synthesis For Acousto-Optic Devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623710C1 (en) * 2016-07-27 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method of determining the symmetrical optical structure (versions) central frequency and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Modified structural Luneburg lens for broadband focusing and collimation
Profunser et al. Dynamic visualization of surface acoustic waves on a two-dimensional phononic crystal
Kherraz et al. Controlling Bragg gaps induced by electric boundary conditions in phononic piezoelectric plates
Zhao et al. Structural Luneburg lens for broadband ultralong subwavelength focusing
Legrand et al. Negative refraction of Lamb modes: A theoretical study
Qiu et al. Selective excitation of high-order shear horizontal wave (SH1) by using a piezoelectric interdigital transducer
Thippeswamy et al. Concentric shell gradient index metamaterials for focusing ultrasound in bulk media
Polikarpova et al. Development of acousto-optic devices based on transformation of acoustic waves
Mantsevich et al. Acousto-optic interaction in an inhomogeneous acoustic field
Antonov Acousto-optic deflector based on a paratellurite crystal using broadband acoustic adhesive contact
RU2461852C1 (en) Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector
RU2448353C1 (en) Acoustooptical light modulator
Lani et al. Modal and transient analysis of membrane acoustic metasurfaces
Voloshinov et al. Acousto-optical modulation of radiation with arbitrary polarization direction
Belovickis et al. Acousto-optic interaction with leaky surface acoustic waves in Y-cut LiTaO3 crystals
Ermakov et al. Ray spectra and structure of acoustic beams in crystals
Zhao et al. Beam paths of flexural Lamb waves at high frequency in the first band within phononic crystal-based acoustic lenses
RU114382U1 (en) ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT
Zavarin et al. Features of using multi-element converters in anisotropic acousto-optic Bragg cells
Labaw Curved quartz crystals as supersonic generators
Wu et al. Serrated periodic electrode for high energy efficiency and large bandwidth acousto-optic modulators
RU2185607C1 (en) Procedure measuring ultrasound velocity in crystals
Shelke et al. Spiral lamb waveguide for spatial filtration of frequencies in a confined space
Li et al. Spatial distribution of the phononic crystal modes excited by a moving laser source
Zhao Acoustic Metamaterial Beam Splitter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210318