JP2023500525A - Thermal stabilization of acousto-optic devices - Google Patents

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Abstract

光学装置は、放射の入力ビームを受け取り、入力ビームを、偏向角の範囲にわたって、目標に向かって偏向させるように構成される音響光学媒体を含む。複数の圧電変換器のアレイは、音響光学媒体に取り付けられる。駆動回路は、圧電変換器に、それぞれの駆動信号を印加するように結合され、駆動信号は、音響波を、選択された周波数で、音響光学媒体を通して伝搬させるように選択された周波数を有し、それによって範囲内の対応する偏向角において入力ビームを偏向させ、および音響波の波面角を調整することによって偏向されたビームの強度を変調するように選択された、アレイ内の変換器に印加される駆動信号の間の位相オフセットを有する。The optical device includes an acousto-optic medium configured to receive an input beam of radiation and deflect the input beam toward a target over a range of deflection angles. An array of multiple piezoelectric transducers is attached to the acousto-optic medium. Drive circuits are coupled to apply respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals having frequencies selected to cause acoustic waves to propagate through the acousto-optic medium at selected frequencies. , applied to transducers in the array selected to deflect the input beam at corresponding deflection angles within a range and to modulate the intensity of the deflected beam by adjusting the wavefront angle of the acoustic wave. have a phase offset between the applied drive signals.

Description

本発明は一般に光学デバイスおよびシステムに関し、詳細には音響光学デバイスおよびそのようなデバイスを動作させる方法に関する。 This invention relates generally to optical devices and systems, and more particularly to acousto-optic devices and methods of operating such devices.

音響光学デバイスは、音波を用いて光を回折させる。この種の通常のデバイスにおいて、圧電変換器などの変換器は、通常は適切な透明な結晶体またはガラスである音響光学媒体に取り付けられる。変換器は、ある一定の周波数で振動するように電気信号によって駆動され、したがって音響光学媒体内に音波を作り出す。音波による音響光学媒体の膨張および圧縮は、局所的な屈折率を変調し、したがって、駆動信号の周波数によって決定される周期を有して、媒体内に格子構造を作り出す。したがって、この格子に入射する光のビームは、それがデバイスを通過するのに従って回折されるようになる。 Acousto-optic devices use sound waves to diffract light. In a typical device of this kind, a transducer, such as a piezoelectric transducer, is attached to an acousto-optic medium, usually a suitable transparent crystal or glass. The transducer is driven by an electrical signal to vibrate at a certain frequency, thus creating sound waves in the acousto-optic medium. Expansion and compression of an acousto-optic medium by acoustic waves modulates the local index of refraction, thus creating a grating structure within the medium, with a period determined by the frequency of the driving signal. Thus, a beam of light incident on this grating becomes diffracted as it passes through the device.

様々なタイプの音響光学デバイスが、当技術分野で知られている。音響光学偏向器は、例えば、入射ビームの回折を用いて、出力ビームの角度を誘導する。出力ビームの偏向角は、音響光学材料内の格子構造の周期に依存し、したがって駆動信号周波数を適切に変化させることによって調整され得る。 Various types of acousto-optic devices are known in the art. An acousto-optic deflector uses, for example, diffraction of an incident beam to steer the angle of an output beam. The deflection angle of the output beam depends on the period of the grating structure within the acousto-optic material and can therefore be adjusted by appropriately varying the drive signal frequency.

いくつかの音響光学デバイスは、音響光学媒体内に音波を作り出すために、変換器のフェーズドアレイを用いる。変換器は、音響光学媒体を通って伝搬する音響波の角度を制御するために、異なる相対位相遅延を用いて駆動され、したがって音響場と、変調されることになる光ビームとの間の位相整合を調整する。例えば、米国特許第7,538,929号は、音響光学バルク媒体と、音響光学バルク媒体に取り付けられ、電極の直線状アレイとして形成される変換器とを含む、音響光学変調器を用いて、光波面の強度変調を行うための、無線周波数(RF)位相変調技法を述べている。変換器駆動部は、各電極に接続され、コヒーレントに位相駆動されて、音響場の角運動量分布を変化させ、および所望の光波面の強度変調を生じるように、光学および音響場の間の位相整合を交互に許容または抑制する。 Some acousto-optic devices use phased arrays of transducers to create sound waves in an acousto-optic medium. The transducers are driven with different relative phase delays to control the angle of the acoustic wave propagating through the acousto-optic medium, thus changing the phase between the acoustic field and the light beam to be modulated. Adjust alignment. For example, US Pat. No. 7,538,929 uses an acousto-optic modulator that includes an acousto-optic bulk medium and a transducer attached to the acousto-optic bulk medium and formed as a linear array of electrodes to: A radio frequency (RF) phase modulation technique is described for intensity modulation of an optical wavefront. A transducer driver is connected to each electrode and is coherently phase-driven to change the angular momentum distribution of the acoustic field and to shift the phase between the optical and acoustic fields to produce the desired intensity modulation of the optical wavefront. Alternately allow or suppress matching.

音響光学偏向器は、異なる、それぞれの角度において、入射ビームを複数の出力ビームに回折させるために、多周波駆動信号によって駆動され得る。例えば、米国特許第5,890,789号は、異なる周波数を有する複数の電気信号によって駆動される、光導波路タイプの音響光学素子などを用いて、光源から放出された光ビームを複数のビームに分割する、多ビーム放出デバイスを述べている。他の例として、米国特許出願公開第2009/0073544号は、音響光学素子が、ビーム源によって発生されたビームをいくつかの部分的ビームに分割する、単色コヒーレント電磁放射の光学的分割および変調のためのデバイスを述べている。音響光学素子の下流側に配置された音響光学変調器には、分割された部分的ビームが供給され、追加の高周波電気信号によって駆動される。 The acousto-optic deflector can be driven by a multi-frequency drive signal to diffract an incident beam into multiple output beams at different respective angles. For example, U.S. Pat. No. 5,890,789 divides a beam of light emitted from a light source into multiple beams using, for example, an optical waveguide type acousto-optic device driven by multiple electrical signals having different frequencies. A split, multi-beam emitting device is described. As another example, U.S. Patent Application Publication No. 2009/0073544 describes optical splitting and modulation of monochromatic coherent electromagnetic radiation in which an acousto-optic element splits a beam generated by a beam source into several partial beams. for stating device. An acousto-optic modulator arranged downstream of the acousto-optic element is supplied with the split partial beam and is driven by an additional high-frequency electrical signal.

参照によりその開示が、本願に引用して援用するPCT国際公開第WO2016/075681号は、音響光学偏向器の駆動におけるフェーズドアレイの使用の他の例を述べている。この公開において、光学装置は、音響光学媒体と、音響光学媒体に取り付けられる複数の圧電変換器のアレイとを含む。駆動回路は、圧電変換器にそれぞれの駆動信号を印加するように結合され、駆動信号は、異なる、それぞれの第1および第2の周波数における、および複数の圧電変換器のそれぞれにおいて、第1および第2の周波数成分に対する、異なる、それぞれの位相オフセットを有する、少なくとも第1および第2の周波数成分を含む。 PCT International Publication No. WO2016/075681, whose disclosure is incorporated herein by reference, describes another example of the use of phased arrays in driving acousto-optic deflectors. In this publication, an optical device includes an acousto-optic medium and an array of multiple piezoelectric transducers attached to the acousto-optic medium. A drive circuit is coupled to apply respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals being different, at respective first and second frequencies, and at each of the plurality of piezoelectric transducers. At least first and second frequency components having different respective phase offsets relative to the second frequency component.

米国特許出願公開第2015/0338718号U.S. Patent Application Publication No. 2015/0338718 米国特許出願公開第2005/0279807号U.S. Patent Application Publication No. 2005/0279807

本発明の実施形態は、音響光学偏向のための改良されたデバイスおよび方法をもたらす。 Embodiments of the present invention provide improved devices and methods for acousto-optic deflection.

本発明の実施形態による、光学装置がもたらされ、光学装置は、放射の入力ビームを受け取り、入力ビームを、それぞれの第1および第2のビーム角において、それぞれの第1および第2の強度で、少なくとも第1および第2の出力ビームに偏向させるように構成される音響光学媒体であって、異なる、それぞれの第1および第2の回折効率によって特徴付けられる、音響光学媒体を含む。複数の圧電変換器のアレイは、音響光学媒体に取り付けられる。駆動回路は、圧電変換器に、それぞれの駆動信号を印加するように結合され、駆動信号は、第1および第2の出力ビームを、それぞれの第1および第2のビーム角において、および複数の圧電変換器のそれぞれにおいて、第1および第2の周波数成分に対する、異なる、それぞれの第1および第2の位相オフセットを有して方向付けるように、異なる、対応する第1および第2の周波数での少なくとも第1および第2の駆動信号を備え、これは音響波を第1および第2の周波数で、異なる、それぞれの第1および第2の波面角を有して、音響光学媒体を通して伝搬させる。コントローラは、異なる第1および第2の回折効率を補償し、それによって第1および第2の強度を等しくするために、第1および第2の位相オフセットを選択するように構成される。 An optical device is provided according to an embodiment of the present invention, the optical device receives an input beam of radiation and converts the input beam to respective first and second intensities at respective first and second beam angles. and an acousto-optic medium configured to deflect at least first and second output beams characterized by different respective first and second diffraction efficiencies. An array of multiple piezoelectric transducers is attached to the acousto-optic medium. A drive circuit is coupled to apply respective drive signals to the piezoelectric transducer, the drive signals directing the first and second output beams at respective first and second beam angles and a plurality of at different corresponding first and second frequencies to direct with different respective first and second phase offsets relative to the first and second frequency components in each of the piezoelectric transducers. for propagating acoustic waves through the acousto-optic medium at first and second frequencies with different respective first and second wavefront angles . The controller is configured to select the first and second phase offsets to compensate for the differing first and second diffraction efficiencies, thereby equalizing the first and second intensities.

通常、駆動回路は、音響光学媒体が入力ビームを同時に、少なくとも第1および第2の出力ビームに偏向させるために、少なくとも第1および第2の駆動信号を、それぞれの位相に第1および第2の位相オフセットを有して、圧電変換器に併行して印加するように構成される。 Typically, the drive circuit applies at least first and second drive signals to the respective phases of the first and second drive signals to cause the acousto-optic medium to simultaneously deflect the input beam into at least first and second output beams. is configured to be applied in parallel to the piezoelectric transducer with a phase offset of .

いくつかの実施形態において、コントローラは、音響光学媒体が、少なくとも第1および第2のビームを、それぞれの第1および第2の角度範囲にわたって走査するように、第1および第2の駆動信号の少なくとも第1および第2の周波数を変化させ、変化する周波数に応答してそれぞれの位相オフセットを変化させるように構成される。一実施形態において、コントローラは、目標上の第1のビームの強度が所定のビーム強度の50%未満まで減衰される、阻止区間によって散在される、連続するパルス区間の間、音響光学媒体は、所定のビーム強度を有して、少なくとも第1のビームを目標に向かって偏向させるように、駆動回路によって印加される駆動信号を制御するように構成され、第1の駆動信号は、所定の振幅を有し、各パルス区間の間はビームの偏向角に対応する周波数を有し、各阻止区間の間はチャープ型周波数スペクトルを有する。 In some embodiments, the controller adjusts the first and second drive signals such that the acousto-optic medium scans at least the first and second beams over respective first and second angular ranges. It is configured to vary at least the first and second frequencies and vary the respective phase offsets in response to the varying frequencies. In one embodiment, the controller causes the acousto-optic medium to: configured to control a drive signal applied by the drive circuit to deflect at least the first beam toward the target with a predetermined beam intensity, the first drive signal having a predetermined amplitude; with a frequency corresponding to the deflection angle of the beam during each pulse interval and a chirped frequency spectrum during each stop interval.

追加としてまたは代替として、第1の回折効率が、第2の回折効率より大きいとき、コントローラは、第2の周波数での音響波が、入力ビームに対するブラッグ条件を満たし、第1の周波数での音響波が、入力ビームに対するブラッグ条件から逸脱するように、第2の位相オフセットを設定することによって、異なる第1および第2の回折効率を補償するように構成される。開示される実施形態において、コントローラは、それぞれの位相オフセットに関わらず、それぞれの駆動信号の一定のパワーレベルを維持しながら、それぞれの位相オフセットを変更することによって、出力ビームのそれぞれをオンおよびオフにするようにさらに構成される。 Additionally or alternatively, when the first diffraction efficiency is greater than the second diffraction efficiency, the controller determines that the acoustic wave at the second frequency satisfies the Bragg condition for the input beam and the acoustic wave at the first frequency It is configured to compensate for the differing first and second diffraction efficiencies by setting a second phase offset such that the waves depart from the Bragg condition for the input beam. In the disclosed embodiment, the controller turns each of the output beams on and off by varying their respective phase offsets while maintaining constant power levels of their respective drive signals regardless of their respective phase offsets. is further configured to:

また本発明の実施形態による光学装置がもたらされ、光学装置は、音響光学媒体であって、放射の入力ビームを受け取り、目標上のビームの強度が所定のビーム強度の50%未満まで減衰される、阻止区間によって散在される、連続するパルス区間の間、角度の範囲にわたって、所定のビーム強度を有して、入力ビームを目標に向かって偏向させるように構成された、音響光学媒体を含む。少なくとも1つの圧電変換器は、音響光学媒体に取り付けられる。駆動回路は、少なくとも1つの圧電変換器に駆動信号を印加するように結合され、駆動信号は、所定の振幅を有し、各パルス区間の間はビームの偏向角に対応する周波数を有し、各阻止区間の間はチャープ型周波数スペクトルを有する。 Also provided is an optical device according to embodiments of the present invention, the optical device being an acousto-optic medium for receiving an input beam of radiation, the intensity of the beam on a target being attenuated to less than 50% of a predetermined beam intensity. an acousto-optic medium configured to deflect an input beam toward a target with a predetermined beam intensity over a range of angles during successive pulse intervals interspersed by block intervals, . At least one piezoelectric transducer is attached to the acousto-optic medium. a drive circuit coupled to apply a drive signal to the at least one piezoelectric transducer, the drive signal having a predetermined amplitude and a frequency during each pulse interval corresponding to the deflection angle of the beam; Between each blocking interval has a chirped frequency spectrum.

いくつかの実施形態において、チャープ型周波数スペクトルは、目標上のビームの強度が、阻止区間の間、所定のビーム強度の10%未満まで減衰されるように選ばれる。 In some embodiments, the chirped frequency spectrum is chosen such that the intensity of the beam on the target is attenuated to less than 10% of the predetermined beam intensity during the stop interval.

追加としてまたは代替として、チャープ型周波数スペクトルは、各阻止区間の間に印加される、一連の離散的な周波数ステップを含む。開示される実施形態において、少なくとも1つの圧電変換器は、複数の圧電変換器のアレイを備え、駆動回路は、音響波を、パルス区間の間、入力ビームに対するブラッグ条件を満たし、阻止区間の間、離散的な周波数ステップのそれぞれにおいて、入力ビームに対するブラッグ条件から逸脱する、波面角において、音響光学媒体を通って伝搬させるように選択された位相を有するそれぞれの駆動信号を、圧電変換器に印加するように構成される。 Additionally or alternatively, the chirped frequency spectrum includes a series of discrete frequency steps applied between each stop interval. In disclosed embodiments, the at least one piezoelectric transducer comprises an array of piezoelectric transducers, and the drive circuit directs the acoustic wave to satisfy the Bragg condition for the input beam during the pulse interval and , at each of the discrete frequency steps and at wavefront angles that deviate from the Bragg condition for the input beam, to the piezoelectric transducers with respective phases selected to propagate through the acousto-optic medium. configured to

加えて、本発明の実施形態による光学装置がもたらされ、光学装置は、放射の入力ビームを受け取り、入力ビームを、偏向角の範囲にわたって、目標に向かって偏向させるように構成される音響光学媒体を含む。複数の圧電変換器のアレイは、音響光学媒体に取り付けられる。駆動回路は、圧電変換器に、それぞれの駆動信号を印加するように結合され、駆動信号は、音響波を、選択された周波数で、音響光学媒体を通して伝搬させるように選択された周波数を有し、それによって範囲内の対応する偏向角において入力ビームを偏向させ、および音響波の波面角を調整することによって偏向されたビームの強度を変調するように選択された、アレイ内の変換器に印加される駆動信号の間の位相オフセットを有する。 Additionally provided is an optical apparatus according to an embodiment of the present invention, the optical apparatus being an acousto-optic configured to receive an input beam of radiation and deflect the input beam toward a target over a range of deflection angles. Including media. An array of multiple piezoelectric transducers is attached to the acousto-optic medium. Drive circuits are coupled to apply respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals having frequencies selected to cause acoustic waves to propagate through the acousto-optic medium at selected frequencies. , applied to transducers in the array selected to deflect the input beam at corresponding deflection angles within a range and to modulate the intensity of the deflected beam by adjusting the wavefront angle of the acoustic wave. have a phase offset between the applied drive signals.

本発明の実施形態による、光走査の方法がさらにもたらされ、方法は、放射の入力ビームを、複数の圧電変換器のアレイが取り付けられた音響光学媒体に入射するように方向付けることを含む。それぞれの駆動信号は、圧電変換器に印加され、駆動信号は、音響光学媒体に、音響光学媒体が、異なる、それぞれの第1および第2の回折効率によって特徴付けられる、入力ビームを、それぞれの第1および第2のビーム角において、それぞれの第1および第2の強度で、少なくとも第1および第2の出力ビームに偏向させるように、異なる、それぞれの第1および第2の周波数において、および複数の圧電変換器のそれぞれにおいて、第1および第2の周波数成分に対して、異なる、それぞれの第1および第2の位相オフセットを有する、少なくとも第1および第2の周波数成分を備える。第1および第2の位相オフセットは、音響波を第1および第2の周波数で、異なる、それぞれの第1および第2の波面角を有して、音響光学媒体を通して伝搬させるように選択され、それによって、異なる第1および第2の回折効率を補償し、第1および第2の強度を等しくする。 A method of optical scanning is further provided according to embodiments of the present invention, the method comprising directing an input beam of radiation to be incident on an acousto-optic medium having an array of piezoelectric transducers mounted thereon. . Respective drive signals are applied to the piezoelectric transducers, the drive signals directing the input beams, characterized by different respective first and second diffraction efficiencies, to the acousto-optic medium, respectively. at first and second frequencies, respectively, different to deflect at least first and second output beams at respective first and second intensities at first and second beam angles; and In each of the plurality of piezoelectric transducers, at least first and second frequency components having different respective first and second phase offsets with respect to the first and second frequency components. the first and second phase offsets are selected to cause acoustic waves to propagate through the acousto-optic medium at the first and second frequencies with different respective first and second wavefront angles; Thereby compensating for the different first and second diffraction efficiencies and equalizing the first and second intensities.

本発明の実施形態による、光走査の方法がさらにもたらされ、方法は、放射の入力ビームを、少なくとも1つの圧電変換器が取り付けられた、音響光学媒体に入射するように方向付けることを含む。少なくとも1つの圧電変換器に駆動信号が印加され、駆動信号は、所定の振幅を有し、連続するパルス区間のそれぞれの間、ビームの偏向角に対応する周波数を有し、パルス区間によって散在された、連続する阻止区間のそれぞれの間、チャープ型周波数スペクトルを有し、その結果、音響光学媒体に、連続するパルス区間のそれぞれの間、角度の範囲にわたって、所定のビーム強度を有して、目標に向かって入力ビームを偏向させる、および阻止区間のそれぞれの間、所定のビーム強度の50%未満まで、目標上のビームの強度を減衰させる。 A method of optical scanning is further provided according to embodiments of the present invention, the method comprising directing an input beam of radiation to be incident on an acousto-optic medium to which at least one piezoelectric transducer is attached. . A drive signal is applied to the at least one piezoelectric transducer, the drive signal having a predetermined amplitude and a frequency corresponding to the deflection angle of the beam during each successive pulse section and interspersed by the pulse sections. and has a chirped frequency spectrum during each successive stop interval so that the acousto-optic medium has a given beam intensity over a range of angles during each successive pulse interval, Deflect the input beam toward the target and attenuate the intensity of the beam on the target to less than 50% of the predetermined beam intensity during each of the stoppage intervals.

本発明の実施形態による、光走査の方法がさらにもたらされ、方法は、放射の入力ビームを、複数の圧電変換器のアレイが取り付けられた音響光学媒体に入射するように方向付けることを含む。それぞれの駆動信号が、圧電変換器に印加され、駆動信号は、選択された周波数での音響波を、音響光学媒体を通って伝搬させるように選択された周波数を有し、それによって音響光学媒体に、入力ビームを、対応する偏向角において偏向させる。アレイ内の変換器の間の位相オフセットは、音響波の波面角を調整することによって、偏向されたビームの強度を変調するように設定される。 A method of optical scanning is further provided according to embodiments of the present invention, the method comprising directing an input beam of radiation to be incident on an acousto-optic medium having an array of piezoelectric transducers mounted thereon. . A respective drive signal is applied to the piezoelectric transducer, the drive signal having a frequency selected to propagate an acoustic wave at a selected frequency through the acousto-optic medium, thereby , the input beam is deflected at the corresponding deflection angle. A phase offset between transducers in the array is set to modulate the intensity of the deflected beam by adjusting the wavefront angle of the acoustic wave.

本発明は、その実施形態の以下の詳しい説明を、図面と併せ読めば、より十分に理解されるであろう。 The invention will be more fully understood from the following detailed description of its embodiments, read in conjunction with the drawings.

本発明の実施形態による、多ビーム偏向システムを絵で表した概略説明図である。1 is a pictorial schematic illustration of a multi-beam deflection system, in accordance with an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態による、音響光学偏向器に印加される周波数チャープ型信号の概略グラフである。4 is a schematic graph of a frequency-chirped signal applied to an acousto-optic deflector, according to embodiments of the invention; 本発明の実施形態による、複数の出力ビームの発生において用いられる音響光学偏向器の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an acousto-optic deflector used in generating multiple output beams according to embodiments of the present invention; 本発明の実施形態による、変換器のフェーズドアレイによって駆動される音響光学偏向器の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an acousto-optic deflector driven by a phased array of transducers according to embodiments of the present invention; 本発明の実施形態による、音響光学偏向器のための多周波駆動回路を概略的に例示するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram that schematically illustrates a multi-frequency drive circuit for an acousto-optic deflector, according to embodiments of the invention; 本発明の実施形態による、音響光学偏向器を駆動する変換器の間の位相オフセットの関数としての回折効率の概略グラフである。4 is a schematic graph of diffraction efficiency as a function of phase offset between transducers driving an acousto-optic deflector, according to embodiments of the present invention; 本発明の他の実施形態による、音響光学偏向器に印加される周波数チャープ型信号の概略グラフである。FIG. 5 is a schematic graph of a frequency-chirped signal applied to an acousto-optic deflector, according to another embodiment of the invention; FIG.

概観
音響光学デバイスは、多くのレーザ用途において、高レート(通常50kHz~1MHzの範囲内)において、および高分解能を有して、レーザビーム強度および方向を制御するために用いられる。レーザビームの精密な制御のために、結晶体自体における音響吸収によって影響され得る、音響光学結晶体の温度の注意深い制御を維持することが重要である。例えば、結晶体において一様な温度変化が生じるとき、それは結晶体内の音響速度(および屈折率)を変化させるようになり、レーザビームの偏向角のドリフトに繋がる。不均一な温度変化は、レーザビームを歪ませ、レンズ効果および他の屈折効果を引き起こす。
Overview Acousto-optic devices are used in many laser applications to control laser beam intensity and direction at high rates (typically in the range of 50 kHz to 1 MHz) and with high resolution. For precise control of the laser beam, it is important to maintain careful control of the temperature of the acousto-optic crystal, which can be affected by acoustic absorption in the crystal itself. For example, when a uniform temperature change occurs in the crystal, it tends to change the acoustic velocity (and refractive index) within the crystal, leading to drift in the deflection angle of the laser beam. Non-uniform temperature variations distort the laser beam and cause lensing and other refractive effects.

しかし、音響光学変調および偏向は、音響光学結晶体を駆動するために用いられるRF信号における変化が本質的に関わるので、音響光学結晶体を安定な温度に保つことは、難易度の高いものとなる。例えば、目標に向かって送信されるレーザパルスは、結晶体へのRF信号を中断することによって、断続的に阻止され得るが(「パルスピッキング」と呼ばれる動作)、結果としてのRF入力パワーの変化は、結晶体内の温度変動および不安定な熱的挙動を引き起こすようになる。さらに、音響光学結晶体に印加される駆動周波数を変化させることによるレーザビーム方向の誘導はまた、異なる駆動周波数は通常、同じレーザパルスエネルギーを達成するのに異なるレベルのRFパワーを必要とするので、および結晶体の音響吸収は強く周波数に依存するので、温度変化に繋がり得る。 However, since acousto-optic modulation and deflection inherently involve changes in the RF signal used to drive the acousto-optic crystal, keeping the acousto-optic crystal at a stable temperature can be challenging. Become. For example, a laser pulse transmitted toward a target can be intermittently blocked by interrupting the RF signal to the crystal (an operation called "pulse picking"), resulting in a change in RF input power. becomes to cause temperature fluctuations and unstable thermal behavior within the crystal body. In addition, steering the laser beam direction by varying the drive frequency applied to the acousto-optic crystal is also useful, since different drive frequencies typically require different levels of RF power to achieve the same laser pulse energy. , and the acoustic absorption of crystals is strongly frequency dependent, which can lead to temperature variations.

本明細書で述べられる本発明の実施形態は、パルスピッキングおよびビーム誘導に固有の課題に関わらず、音響光学結晶体の温度を安定および均一に保つために用いられ得る、新規な技法をもたらす。これらの実施形態は、結晶体が、1つ以上の放射のビームを誘導し、結晶体への一定のRF入力レベルを維持しながら、ビームを交互に通過および阻止することを可能にする。この関連において「一定」という用語は、結晶体を駆動する圧電変換器に入力される、駆動信号の瞬時RFパワーが、予め規定された限度内、通常、ビームの誘導および間欠的な阻止に関わらず、音響光学デバイスの動作の間の変化は10%以下、場合によっては5%以下に維持されることを意味する(ただし用途の要件に依存して、より大きなまたはより小さな限度が可能である)。 Embodiments of the invention described herein provide a novel technique that can be used to keep the temperature of acousto-optic crystals stable and uniform despite the challenges inherent in pulse picking and beam steering. These embodiments allow the crystal to direct one or more beams of radiation and alternately pass and block the beams while maintaining a constant RF input level to the crystal. The term "constant" in this context means that the instantaneous RF power of the drive signal input to the piezoelectric transducer that drives the crystal is within predefined limits, usually regardless of beam guidance and intermittent blocking. , meaning that the variation during operation of the acousto-optic device is kept below 10%, possibly below 5% (although larger or smaller limits are possible depending on application requirements). ).

いくつかの実施形態において、音響光学媒体(通常は適切な結晶体)は、それに取り付けられた少なくとも1つの圧電変換器によって、角度の範囲にわたって所定のビーム強度を有して、目標に向かって入力ビームを偏向させるように、連続するパルス区間の間、駆動される。パルス区間は、阻止区間によって散在され、その間には目標上のビームの強度は、所定のビーム強度の50%未満、または場合によっては10%未満、5%未満、さらには高感度の用途では1%未満までに減衰される。(「強度」という用語は、この説明の関連において、および特許請求の範囲において、その従来の意味で、ビームが入射する単位面積当たりの光パワーを意味するように用いられる)。 In some embodiments, an acousto-optic medium (usually a suitable crystal) is directed toward a target with a predetermined beam intensity over a range of angles by at least one piezoelectric transducer attached to it. It is driven during successive pulse intervals to deflect the beam. The pulse intervals are interspersed by stoppage intervals, during which the intensity of the beam on the target is less than 50%, or possibly less than 10%, less than 5%, or even 1 for high sensitivity applications. attenuated to less than %. (The term "intensity" is used in the context of this description and in the claims in its conventional sense to mean optical power per unit area upon which the beam is incident).

駆動回路は、各パルス区間の間はビームの偏向角に対応する周波数を用いて、および各阻止区間の間はチャープ型周波数スペクトルを用いて、圧電変換器に駆動信号を印加する。周波数チャープは、阻止区間の間の目標上のビームの強度は、パルス区間の間の偏向されたビームの強度よりずっと低くなるように、入力ビームを目標の大きなエリアに分散させるように選ばれた周波数範囲および持続時間を有する。異なる周波数スペクトルに関わらず、駆動回路は、パルス区間および阻止区間の両方において、駆動信号の実質的に同じ、所定の振幅を維持する。 A drive circuit applies a drive signal to the piezoelectric transducer with a frequency corresponding to the deflection angle of the beam during each pulse interval and with a chirped frequency spectrum during each stop interval. The frequency chirp was chosen to spread the input beam over a large area of the target so that the intensity of the beam on target during the stop interval is much lower than the intensity of the deflected beam during the pulse interval. It has a frequency range and duration. Regardless of the different frequency spectrums, the drive circuit maintains substantially the same, predetermined amplitude of the drive signal during both the pulse and block intervals.

この手法は、多周波動作における温度を安定化するために拡張されることができ、そこでは単一周波数駆動信号の重ね合わせとして形成される複合駆動信号が、圧電変換器のアレイによって、音響光学媒体に印加される。複合駆動信号は、レーザビームをいくつかの出力ビームに分割する。周波数チャープは、阻止されることになる出力ビームの1つ以上を選択するために、駆動信号の一部として印加され得る。追加としてまたは代替として、各単一周波数成分に対する変換器の間で、特定の位相オフセット(位相遅延とも呼ばれる)を選択することによって、選択された成分に対する回折効率を低減させる、およびしたがって特定の出力ビームの強度を著しく低減させることが可能である。これらの手法を用いて、デバイス内への一定のRFパワーフローを維持しながら、出力ビームの数および方向が変化されることが可能であり、結果として温度変動の低減となる。 This approach can be extended to stabilize temperature in multi-frequency operation, where a composite drive signal formed as a superposition of single-frequency drive signals is applied by an array of piezoelectric transducers to acousto-optic applied to the medium. A composite drive signal splits the laser beam into several output beams. A frequency chirp may be applied as part of the drive signal to select one or more of the output beams to be blocked. Additionally or alternatively, by choosing a specific phase offset (also called phase delay) between the transducers for each single frequency component, the diffraction efficiency for the selected component is reduced, and thus the specific output It is possible to significantly reduce the intensity of the beam. Using these techniques, the number and direction of output beams can be varied while maintaining a constant RF power flow into the device, resulting in reduced temperature fluctuations.

変換器の間の異なる位相オフセットは、異なる周波数における音響波を、異なる、それぞれの波面角を有して、音響光学媒体を通って伝搬させる。各周波数における波面角は、具体的には、ブラッグ条件を満たし、したがってこの周波数において所定のRFパワーに対する最大回折効率を達成するように、またはブラッグ条件から逸脱し、したがって回折効率を低減するように、選ばれる。この特性を用いて、位相オフセットは、周波数およびビーム角の関数として、音響光学媒体の回折効率における固有の変動を補償し、したがって音響光学変調器への一定の入力RFパワーを維持しながら、出力ビームの強度を等しくするように設定され得る(この関連において「等しい」とは、「一定」という用語と同様に、出力ビームの強度が、10%以下、場合によっては5%以下だけ変動することを意味する。)。 Different phase offsets between the transducers cause acoustic waves at different frequencies to propagate through the acousto-optic medium with different respective wavefront angles. The wavefront angle at each frequency is specifically adjusted to satisfy the Bragg condition and thus achieve maximum diffraction efficiency for a given RF power at this frequency, or to deviate from the Bragg condition and thus reduce diffraction efficiency. ,To be elected. Using this property, the phase offset compensates for the inherent variation in the diffraction efficiency of acousto-optic media as a function of frequency and beam angle, thus maintaining a constant input RF power to the acousto-optic modulator while output The intensity of the beams can be set to be equal ("equal" in this context means, like the term "constant", that the intensity of the output beam varies by no more than 10%, possibly no more than 5%). means.).

一実施形態において、位相オフセットは、ブラッグ条件からの大きな逸脱を作り出すように、十分な量だけ断続的に変更され、したがって一定の入力RFパワーを依然として維持しながら、いくつかの阻止区間の間、出力ビームのそれぞれをオフにする。追加としてまたは代替として、この機能は、阻止区間の間、上述された周波数チャープと組み合わされ得る。 In one embodiment, the phase offset is intermittently changed by a sufficient amount to create a large deviation from the Bragg condition, thus while still maintaining constant input RF power, for several blocking intervals. Turn off each of the output beams. Additionally or alternatively, this function may be combined with the frequency chirp described above during the blocking interval.

より一般的には、ブラッグ条件からの波面角の意図的な逸脱は、音響光学媒体によって偏向された入力ビームの強度を変調するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、駆動回路は、音響光学媒体に、範囲内の対応する偏向角において、入力ビームを偏向させるように選択された周波数と、偏向されたビームの強度を変調するように選択された、アレイ内の変換器の間の位相オフセットとを有して、それぞれの駆動信号を圧電変換器に印加する。このようにして、音響光学媒体への一定のRFパワー入力を維持しながら、偏向されたビーム強度を変調する(およびビームをオフおよびオンにする)ことが可能である。 More generally, a deliberate deviation of the wavefront angle from the Bragg condition can be used to modulate the intensity of an input beam deflected by an acousto-optic medium. In some embodiments, the drive circuit causes the acousto-optic medium to modulate the frequency selected to deflect the input beam and the intensity of the deflected beam at a range of corresponding deflection angles. Each drive signal is applied to the piezoelectric transducers with a phase offset between the transducers in the array. In this way it is possible to modulate the deflected beam intensity (and turn the beam off and on) while maintaining a constant RF power input to the acousto-optic medium.

システムの説明
図1は、本発明の実施形態による多ビーム偏向システム20を絵で表した概略説明図である。レーザ22などの放射源は、可視の紫外または赤外放射を備え得る、パルス状または連続の、光放射の単一の入力ビーム23を放出する。入力ビーム23は音響光学偏向器24に入射し、偏向器24は入力ビームを複数の出力ビーム30に分割する。駆動回路28(単に「駆動部」とも呼ばれる)は、多周波駆動信号を1つ以上の圧電変換器26に印加し、圧電変換器26は、入力ビームを複数の出力ビーム30に分割する音響光学媒体内に音響波を発生させるために、偏向器24を駆動する。
System Description FIG. 1 is a schematic illustration of a pictorial representation of a multi-beam deflection system 20 in accordance with an embodiment of the present invention. A radiation source, such as a laser 22, emits a single input beam 23 of optical radiation, pulsed or continuous, which may comprise visible, ultraviolet or infrared radiation. Input beam 23 is incident on acousto-optic deflector 24 , which splits the input beam into multiple output beams 30 . A driver circuit 28 (also referred to simply as a "driver") applies multi-frequency drive signals to one or more piezoelectric transducers 26, which are acousto-optical transducers that split an input beam into a plurality of output beams 30. A deflector 24 is driven to generate acoustic waves in the medium.

偏向器24は、水晶、二酸化テルル(TeO)、ゲルマニウムなどの結晶材料、または石英ガラスもしくはカルコゲナイドガラスなどのガラス材料を含む、当技術分野で知られている任意の適切な音響光学媒体を備え得る。結晶媒体は、例えば、音速および複屈折の観点から、所望の音響光学特性を得るために、特定の、好ましい結晶方向に沿って切断され得る。変換器26は同様に、通常、金属結合層によって音響光学媒体に取り付けられる、ニオブ酸リチウムなど、任意の適切な圧電材料の1つ以上を備え得る。駆動回路28、およびそれが発生する駆動信号の動作の詳細は、以下の図、および下記の説明で示される。 Deflector 24 comprises any suitable acousto-optic medium known in the art, including crystalline materials such as quartz, tellurium dioxide ( TeO2), germanium, or glass materials such as fused silica or chalcogenide glasses. obtain. Crystalline media can be cut along specific, preferred crystallographic directions to obtain desired acousto-optic properties, for example, in terms of sound velocity and birefringence. Transducer 26 may similarly comprise one or more of any suitable piezoelectric material, such as lithium niobate, typically attached to the acousto-optic medium by a metallic bonding layer. Details of the operation of drive circuit 28 and the drive signals it generates are shown in the following figures and the following description.

図示される実施形態において、走査ミラー32は、角度の範囲38にわたって出力ビーム30を走査する。ビームは、走査レンズ34によって、目標面36上に焦点が合わされる。この種の配置は、多ビームレーザ穿孔および印刷など、多様な用途において用いられ得る。駆動部28によって変換器に印加される駆動信号は、ビーム30のそれぞれが、一連のパルス区間の間に所定のビーム強度を有して目標に突き当たるように選ばれ、一方、ビームのそれぞれは、パルス区間によって散在された、ある一定の、それぞれの阻止区間の間は阻止され得る。(前に述べられたように、「阻止される」とは、目標上のビームの強度が、所定のビーム強度の50%未満、および通常10%未満、またはいくつかの場合は5%さらには1%未満まで減衰されることを意味する)。前に述べられたように、このビーム阻止は、駆動信号における一定のRFパワーレベルを維持しながら、駆動信号の周波数および/または位相を変化させることによって達成され得る。この目的のために用いられ得るいくつかのタイプの駆動信号は、以下で述べられる。 In the illustrated embodiment, scanning mirror 32 scans output beam 30 over a range of angles 38 . The beam is focused onto a target plane 36 by scan lens 34 . This type of arrangement can be used in a variety of applications such as multi-beam laser drilling and printing. The drive signals applied to the transducer by the driver 28 are chosen so that each of the beams 30 strikes the target with a predetermined beam intensity during a series of pulse intervals, while each of the beams It can be blocked between certain, respective blocking intervals interspersed by pulse intervals. (As previously stated, "blocked" means that the intensity of the beam on the target is less than 50% of a given beam intensity, and usually less than 10%, or in some cases 5% or even (meaning it is attenuated to less than 1%). As previously mentioned, this beam blocking can be achieved by varying the frequency and/or phase of the drive signal while maintaining a constant RF power level in the drive signal. Several types of drive signals that can be used for this purpose are described below.

この図では単一のミラー32のみが示されるが、代替実施形態(図には示されない)は、一緒にまたは独立に走査されることができる2軸ミラー、および/または当技術分野で知られている任意の他のタイプのビームスキャナを使用し得る。代替実施形態において、2つの音響光学偏向器が直列に配置されることができ、その一方は入力ビーム23を、第1の方向に分離された複数の出力ビームに分割し、他方は直交方向にビームを走査する。すべてのこのような実施形態は、本明細書で述べられ、および本発明の範囲内と考えられる様々な駆動方式をうまく利用し得る。 Although only a single mirror 32 is shown in this figure, alternative embodiments (not shown) include two-axis mirrors that can be scanned together or independently, and/or mirrors known in the art. Any other type of beam scanner may be used. In an alternative embodiment, two acousto-optic deflectors can be arranged in series, one of which splits the input beam 23 into a plurality of output beams separated in a first direction and the other in an orthogonal direction. Scan the beam. All such embodiments may take advantage of the various drive schemes described herein and considered within the scope of the present invention.

チャープ型周波数スペクトルを用いたパルスピッキング
図2は、本発明の実施形態による、駆動部28によって音響光学偏向器24に印加される周波数チャープ型信号の概略グラフである。パルスブロッキングのためにRF信号を遮断する代わりに、この種のチャープ型信号が、パルスブロッキングの間に印加され得る。駆動信号におけるチャープは、時間tSTARTからtSTOPに延びるパルス期間にわたって、初期値fSTARTから最終値fSTOPまで増加する周波数によって特徴付けられる。例えば、fSTARTからfSTOPまでの周波数の範囲は、音響光学偏向器のスペクトル帯域幅のすべてまたは大部分をカバーすることができ、これは通常、数十から数百メガヘルツ程度である。tSTARTからtSTOPまでの時間範囲は、入力ビームの直径にわたる音響波の移動時間におおよそ等しくすることができ、これは通常、数マイクロ秒程度である。このようなチャープは、偏向器24からの単一の出力ビームに対して、または複数の出力ビーム30のセットの1つ以上に対して印加され得る。
Pulse Picking Using a Chirped Frequency Spectrum FIG. 2 is a schematic graph of a frequency chirped signal applied to acousto-optic deflector 24 by driver 28, according to an embodiment of the present invention. Instead of interrupting the RF signal for pulse blocking, this kind of chirped signal can be applied during pulse blocking. A chirp in the drive signal is characterized by an increasing frequency from an initial value f START to a final value f STOP over a pulse period extending from time t START to t STOP . For example, the range of frequencies from f START to f STOP can cover all or most of the spectral bandwidth of the acousto-optic deflector, which is typically on the order of tens to hundreds of megahertz. The time range from t START to t STOP can be roughly equal to the travel time of the acoustic wave across the diameter of the input beam, which is typically on the order of a few microseconds. Such chirp may be applied to a single output beam from deflector 24 or to one or more of a set of multiple output beams 30 .

チャープ信号は、ビーム23の強いデフォーカスを引き起こし、それにより結果としての出力ビームは、目標面36上の大きなエリアに分散される。レーザビームは依然として、焦点が合わされた出力ビームにおけるものとほぼ同じ合計の光パワーを有して、目標面に向かって方向付けられるようになるが、光学的構成に応じて、強度は、90%より大きく場合によっては50dBだけ大きく減衰されるようになる。その結果として、レーザパルスは、実質的に目標に対する影響をもたないようになる。代替として、低減された周波数の範囲を有する、例えば、焦点が合わされたスポットによってより高い強度で後に照射されるようになる目標面のエリアを予熱するために、十分な強度で、目標面上に大きなスポットを形成するために、レーザビームをデフォーカスするように、より弱いチャープが用いられ得る。 The chirp signal causes a strong defocus of beam 23 so that the resulting output beam is spread over a large area on target plane 36 . The laser beam will still be directed toward the target surface with approximately the same total optical power as in the focused output beam, but depending on the optical configuration, the intensity will be 90% It becomes attenuated more, possibly by 50 dB. As a result, the laser pulse has virtually no effect on the target. Alternatively, with a reduced frequency range, e.g. A weaker chirp can be used to defocus the laser beam to form a large spot.

複数の出力ビームの強度の制御
図3は、本発明の実施形態による、音響光学偏向器24の概略断面図である。この図は、駆動回路28および圧電変換器26によってもたらされる、多周波駆動の効果および動作を示す。駆動回路28からの多周波駆動信号は、圧電変換器26に、複数の駆動周波数における音響波を発生させ、これは偏向器24内の音響光学媒体を通って伝搬する。異なる駆動周波数のそれぞれは、対応する空間周波数において、結晶体内に音響光学回折格子を確立し、すなわち、結晶体は、異なる空間周波数の複数の重ね合わされた格子を含む。図3に示される簡略化された例では、すべての格子の波面角は並列であるように見えるが、以下で述べられる実施形態では、各格子は異なる波面角を有し、これは、駆動回路28によって印加される駆動信号の位相によって決定される。
Controlling the Intensity of Multiple Output Beams FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of acousto-optic deflector 24, according to an embodiment of the present invention. This figure shows the effect and operation of the multi-frequency drive provided by drive circuit 28 and piezoelectric transducer 26. FIG. Multi-frequency drive signals from drive circuit 28 cause piezoelectric transducer 26 to generate acoustic waves at multiple drive frequencies, which propagate through the acousto-optic medium within deflector 24 . Each different drive frequency establishes an acousto-optic grating within the crystal at the corresponding spatial frequency, ie, the crystal includes multiple superimposed gratings of different spatial frequencies. In the simplified example shown in FIG. 3, the wavefront angles of all gratings appear to be parallel, but in the embodiments described below each grating has a different wavefront angle, which is due to the driving circuit determined by the phase of the drive signal applied by .

入力ビーム23が偏向器24に入るとき、偏向器内の格子のそれぞれは、格子周波数に応じて、異なる角度で入力ビームを回折させる。したがって、偏向器24は、入力ビーム23を、異なる周波数f、f、・・・に対応する、異なる角度θ、θ、・・・において、複数の出力ビーム30a、30b、30c、30d、・・・に分割する。光学素子34は、出力ビームの焦点を合わせて、目標面36上に、対応するスポット1、2、・・・の配列を形成する。入力ビーム23のパルスと適切に同期して、周波数スペクトルおよび/または対応する周波数での信号の位相を変調することによって、駆動回路26は、入力ビームの各パルスによって発生される、対応する出力ビーム30の強度を制御し得る。追加としてまたは代替として、駆動回路26は、対応する角度θ、θ、・・・を変調するために、成分周波数f、f、・・・を変調することができ、したがって表面36上のスポットの位置を変化し得る。 As input beam 23 enters deflector 24, each of the gratings in the deflector diffracts the input beam at different angles, depending on the grating frequency. Deflector 24 therefore directs input beam 23 to multiple output beams 30a, 30b , 30c, . 30d, . . . Optics 34 focus the output beams to form a corresponding array of spots 1, 2, . . . By modulating the frequency spectrum and/or the phase of the signal at corresponding frequencies in proper synchronization with the pulses of the input beam 23, the drive circuit 26 controls the corresponding output beam generated by each pulse of the input beam. 30 intensity can be controlled. Additionally or alternatively, drive circuit 26 may modulate component frequencies f 1 , f 2 , . . . to modulate corresponding angles θ 1 , θ 2 , . The position of the top spot can be changed.

より具体的には、駆動回路28は、対応する周波数成分の位相および/または周波数スペクトルを制御することによって、ビーム30a、30b、30c、30d、・・・を個別にオンおよびオフすることができ、したがって、各パルスにおいて発生させるように、出力ビーム30の組合せを選び得る。(図1および3に示される例では、ビーム30cがオフにされる)。追加としてまたは代替として、駆動回路28は、角度の関数としての偏向器24の回折効率における変動を補償するために、周波数成分の位相を制御し得る。したがって駆動回路28は、例えば、回折効率における変動に関わらず、偏向器24への一定のRFパワー入力を維持しながら、ビーム30a、30b、および30dの強度を等しくすることができる。 More specifically, drive circuit 28 can individually turn on and off beams 30a, 30b, 30c, 30d, . . . by controlling the phase and/or frequency spectrum of the corresponding frequency components. , and thus the combination of output beams 30 may be chosen to occur in each pulse. (Beam 30c is turned off in the example shown in FIGS. 1 and 3). Additionally or alternatively, drive circuit 28 may control the phase of the frequency components to compensate for variations in the diffraction efficiency of deflector 24 as a function of angle. Thus, drive circuit 28 can, for example, equalize the intensity of beams 30a, 30b, and 30d while maintaining a constant RF power input to deflector 24 despite variations in diffraction efficiency.

図4は、本発明の実施形態による、偏向器の音響光学媒体に取り付けられた、変換器40のフェーズドアレイを有する音響光学偏向器24の概略断面図である。変換器26は、前の図では単一のブロックとして示されたが、実際には本発明のすべての実施形態は、変換器40のアレイを用いた、この形で実装され得る。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an acousto-optic deflector 24 having a phased array of transducers 40 attached to the acousto-optic medium of the deflector, according to an embodiment of the present invention. Although transducer 26 was shown as a single block in the previous figures, in fact all embodiments of the present invention may be implemented in this manner using an array of transducers 40. FIG.

駆動回路28は、周波数発生器42を備えるように概念的に図示され、周波数発生器42は、駆動信号が、異なる、それぞれの位相オフセットを有して、変換器に供給されるように、それぞれの移相器44を通して、変換器40を駆動する。位相調整回路48は、駆動周波数と、この周波数での所望の回折効率とに応じて、移相器44の位相オフセットを設定する。結果として、偏向器24の音響媒体を通って伝搬する音響波46の波面は、変換器40が取り付けられた媒体の面に並行ではない。 The drive circuit 28 is conceptually illustrated as comprising a frequency generator 42, each of which has a different respective phase offset such that the drive signals are supplied to the transducers with different respective phase offsets. drives the converter 40 through a phase shifter 44 of . A phase adjust circuit 48 sets the phase offset of the phase shifter 44 according to the driving frequency and the desired diffraction efficiency at this frequency. As a result, the wavefront of acoustic wave 46 propagating through the acoustic medium of deflector 24 is not parallel to the plane of the medium to which transducer 40 is attached.

最大回折効率のために、波面角は、入力ビーム23と波面との間の角度θは、所定の駆動周波数に対してブラッグ条件、すなわちsinθ=nλ/2dを満たすように、移相器44の適切な設定によって選ばれることができ、ここでλは入力ビームの波長、nは回折次数(通常、n=1)、およびdは所定の周波数での音響波の波長である。この波面角の選択は、特にf(隣接した変換器40の間の位相差がゼロになるように設定することによって、ブラッグ条件が満足され得る周波数)から離れた周波数において、偏向器24による回折の効率を高める。 For maximum diffraction efficiency, the wavefront angle is the angle θ of the phase shifter 44 such that the angle θ between the input beam 23 and the wavefront satisfies the Bragg condition, i. is the wavelength of the input beam, n is the diffraction order (usually n=1), and d is the wavelength of the acoustic wave at a given frequency. This wavefront angle selection is particularly useful for deflector 24 at frequencies away from f 0 (the frequency at which the Bragg condition can be satisfied by setting the phase difference between adjacent transducers 40 to be zero). Increase the efficiency of diffraction.

代替として、位相調整回路48は、波面角を、制御された量だけブラッグ条件から逸脱した値に調整することによって、回折効率(およびしたがって、偏向器24からの結果としての出力ビームの強度)を変調し得る。この手法は、例えば、周波数および偏向角の関数としての、偏向器の回折効率における固有の変動を補償するため、およびしたがって、偏向器を一定レベルのRFパワーで駆動しながら、偏向されたビームの一定の強度を維持するために用いられ得る。追加としてまたは代替として、位相調整回路48は、回折効率を損なうように、より大きな変調を位相オフセットに適用することができ、およびしたがって、必要に応じて偏向器24に入力されるRFパワーのレベルを変化させずに、出力ビームをオフにすることができる。 Alternatively, phase adjust circuit 48 adjusts the wavefront angle to a value that deviates from the Bragg condition by a controlled amount, thereby increasing the diffraction efficiency (and thus the intensity of the resulting output beam from deflector 24) to can be modulated. This approach compensates for the inherent variation in the diffraction efficiency of the deflector, e.g., as a function of frequency and deflection angle, and thus the deflection of the deflected beam while driving the deflector with a constant level of RF power. It can be used to maintain constant strength. Additionally or alternatively, phase adjust circuit 48 may apply a greater modulation to the phase offset to impair diffraction efficiency, and thus reduce the level of RF power input to deflector 24 as needed. The output beam can be turned off without changing .

いくつかの実施形態において、駆動回路28は、複数の異なる周波数での周波数成分を有して、それぞれの多周波駆動信号を圧電変換器40に印加する。これらの周波数のそれぞれに対して、異なる回折角においてブラッグ条件が結果として生じる。したがって、すべての周波数における偏向器24の最適性能のために、位相調整回路48は、移相器44を駆動して、変換器40のそれぞれにおいて、各周波数に対して異なる位相オフセットを適用する。その結果として、それらの周波数で音響波46は、出力ビーム30の対応する周波数f、f、・・・、および偏向角θ、θ、・・・に対するそれぞれのブラッグ条件に対して選ばれる、異なる、それぞれの波面角を有して、音響光学媒体を通って伝搬する。 In some embodiments, drive circuit 28 has frequency components at multiple different frequencies to apply respective multi-frequency drive signals to piezoelectric transducer 40 . For each of these frequencies, Bragg conditions result at different diffraction angles. Therefore, for optimum performance of deflector 24 at all frequencies, phase adjust circuit 48 drives phase shifters 44 to apply different phase offsets for each frequency in each of transducers 40 . As a result, acoustic waves 46 at those frequencies are for each Bragg condition for corresponding frequencies f 1 , f 2 , . . . and deflection angles θ 1 , θ 2 , . Propagating through the acousto-optic medium with different respective wavefront angles chosen.

図5は、本発明の実施形態による、音響光学偏向器24のための駆動回路28の機能構成要素を概略的に例示するブロック図である。駆動回路28のデジタル構成要素は、通常、ハードワイヤード、またはプログラマブルゲートアレイにおけるものなどの、プログラマブル論理回路において実装され得る。図5のブロックは、概念を明瞭にするために、別個の構成要素として示されるが、実際にはこれらの構成要素の機能は、単一の論理デバイスに組み合わされ得る。代替として、回路28のデジタル構成要素の少なくともいくつかは、コンピュータまたは専用マイクロプロセッサ上で実行するソフトウェアに実装され得る。 FIG. 5 is a block diagram that schematically illustrates functional components of drive circuitry 28 for acousto-optic deflector 24, according to an embodiment of the present invention. The digital components of drive circuit 28 may typically be implemented in programmable logic circuits, such as those in hardwired or programmable gate arrays. Although the blocks of FIG. 5 are shown as separate components for conceptual clarity, in practice the functionality of these components may be combined into a single logical device. Alternatively, at least some of the digital components of circuit 28 may be implemented in software running on a computer or dedicated microprocessor.

周波数選択ブロック50は、対応する偏向角θ、θ、・・・を有する出力ビーム30を発生させるために、駆動偏向器24に印加されることになる、いくつかの基本周波数f、f、・・・を選択する。出力ビーム角度が横方向に走査されることになる場合(図1に示されるシステム20でのように)、ブロック50は、±Δfの量だけ、経時的にこれらの周波数のそれぞれを変調するようにプログラムすることができ、結果として、±Δθまでの各ビームの角度的走査を生じる。したがって、通常、ブロック50は、一連の周波数ベクトルを発生し、各ベクトルは、m個の基本周波数値{f+δf}を備え、これらは、m個の出力ビーム30を、対応する角度{θ+δθ}において発生させるために、特定の時点で偏向器24に印加されることになり、δfおよびδθは、それぞれ範囲±Δfおよび±Δθ内の周波数および角度変化である。 A frequency selection block 50 selects a number of fundamental frequencies f 1 , which are to be applied to the drive deflector 24 to generate an output beam 30 having corresponding deflection angles θ 1 , θ 2 , . Select f 2 , . If the output beam angle is to be laterally scanned (as in system 20 shown in FIG. 1), block 50 modulates each of these frequencies over time by an amount of ±Δf. , resulting in an angular scan of each beam up to ±Δθ. Block 50 therefore generally generates a series of frequency vectors, each vector comprising m fundamental frequency values {f i +δf i }, which direct the m output beams 30 to corresponding angles { θ i +δθ i }, where δf i and δθ i are the frequency and angle changes within the ranges ±Δf and ±Δθ, respectively.

位相調整ブロック54は、ブロック50および54によって供給される周波数成分に対応する、時間領域サンプルの複数のストリームを発生する。各ストリームは、変換器40のそれぞれの1つに方向付けられ、同じ周波数成分を含むが、異なる、それぞれの位相オフセットを有する。これらの位相オフセットは、各周波数での、偏向器24における音響波46の所望の波面角に従って選ばれる。通常、サンプルストリームの間の相対位相オフセットは、周波数範囲全体にわたって一様ではなく、周波数と共に増加し、その結果、上記で説明されたように、各周波数でのブラッグ条件に従って、波面角も同様に周波数と共に増加する。 Phase adjust block 54 generates multiple streams of time domain samples corresponding to the frequency components provided by blocks 50 and 54 . Each stream is directed to a respective one of transducers 40 and contains the same frequency components, but with different respective phase offsets. These phase offsets are chosen according to the desired wavefront angle of the acoustic wave 46 at the deflector 24 at each frequency. Typically, the relative phase offset between the sample streams is not uniform across the frequency range, but increases with frequency, resulting in the wavefront angle as well, subject to the Bragg condition at each frequency, as explained above. increases with frequency.

具体的には、ブラッグ条件を満たすために(複屈折ブラッグ回折がない状態で)、ブロック54は、以下の式に従って、異なる周波数において位相オフセットを設定し得る。

Figure 2023500525000002
この式において、

Figure 2023500525000003
は、周波数fにおけるブロック54の2つの隣接した出力チャネルの間の位相差、
・Sは、隣接した変換器40の中心の間の距離、
・λは、光ビーム波長、
・Vは、音響光学媒体内の音響速度、および
・fは、隣接したチャネルの間にゼロの位相差を与え、光出力ビームに対するブラッグ条件を満たす、印加される周波数である。
しかし本実施形態において、ブロック54は、上記で説明されたように選択される位相偏移によって、ブラッグ条件から意図的に逸脱させるように、ある一定の周波数での位相オフセットを設定し得る。 Specifically, to satisfy the Bragg condition (in the absence of birefringent Bragg diffraction), block 54 may set phase offsets at different frequencies according to the following equations.
Figure 2023500525000002
In this formula,

Figure 2023500525000003
is the phase difference between two adjacent output channels of block 54 at frequency f;
S is the distance between the centers of adjacent transducers 40;
・λ is the light beam wavelength,
• V s is the acoustic velocity in the acousto-optic medium, and • f 0 is the applied frequency that gives zero phase difference between adjacent channels and satisfies the Bragg condition for the optical output beam.
However, in this embodiment, block 54 may set the phase offset at certain frequencies to deliberately deviate from the Bragg condition by phase shift selected as described above.

前に述べられたように、ブロック50および54は、通常、デジタル論理回路および/またはソフトウェアにおいて実装される。ブロック54によって出力されるデジタルサンプルストリームは、対応する出力信号を駆動変換器40に対して発生させる、多チャネルデジタル/アナログコンバータ56それぞれのチャネルに入力される(D/Aコンバータチャネルと変換器との間のRF増幅器など、他のアナログ構成要素は、簡略にするために省かれている。)。周波数成分および位相オフセットの適切な選択を想定すると、変換器は、異なる基本周波数において、および異なる波面角を有して、偏向器24内に音響波の重ね合わせを発生させるようになる。 As previously mentioned, blocks 50 and 54 are typically implemented in digital logic and/or software. The digital sample stream output by block 54 is input to each channel of a multi-channel digital-to-analog converter 56 (D/A converter channels and converters and Other analog components such as RF amplifiers between are omitted for simplicity.). Assuming proper selection of frequency components and phase offsets, the transducer will produce superposition of acoustic waves in the deflector 24 at different fundamental frequencies and with different wavefront angles.

図6は、本発明の実施形態による、音響光学偏向器24を駆動する隣接した変換器44の間の位相オフセット

Figure 2023500525000004
の関数としての回折効率の概略グラフである。曲線60、62、および64は、通常は約50MHzから150MHzの範囲内である、3つの異なる駆動周波数における回折効率を表す。各曲線における最大回折効率DEmaxは、所定の周波数での波面角がブラッグ条件を満たす、位相オフセット
Figure 2023500525000005
に対応する。それでも、最大回折効率は100%に到達せず、曲線60、62、および64の間で変化する。この最大から離れると、回折DEは、位相オフセット
Figure 2023500525000006
の関数として、おおよそ正弦的に変化する。
Figure 2023500525000007
FIG. 6 illustrates the phase offset between adjacent transducers 44 driving acousto-optic deflector 24, according to an embodiment of the present invention.
Figure 2023500525000004
4 is a schematic graph of diffraction efficiency as a function of . Curves 60, 62, and 64 represent diffraction efficiency at three different drive frequencies, typically in the range of about 50 MHz to 150 MHz. The maximum diffraction efficiency DE max for each curve is the phase offset for which the wavefront angle at a given frequency satisfies the Bragg condition.
Figure 2023500525000005
corresponds to Still, the maximum diffraction efficiency does not reach 100% and varies between curves 60, 62 and 64. Away from this maximum, the diffraction DE has a phase offset of
Figure 2023500525000006
varies approximately sinusoidally as a function of .
Figure 2023500525000007

位相調整ブロック54は、例えば、曲線60、62、および64の周波数に対応する、偏向器24からの出力ビームのそれぞれの強度の変調において、上記の関係を適用することができる。変換器40に印加されるRFパワーは一定に保たれると仮定すると、所定の出力ビーム強度Iを達成するために必要な位相オフセット

Figure 2023500525000008
は、I/Iの逆余弦によって与えられ、ここでIは、所定の駆動周波数fに対する、最大回折効率で出力される強度である。前に説明されたように、異なる駆動周波数での
Figure 2023500525000009
の値は、異なる周波数での最大回折効率における差を補償するために用いられ得る。代替としてまたは追加として、出力ビームの1つを効果的に阻止するために、回折効率がゼロに近くなるように、
Figure 2023500525000010

Figure 2023500525000011
に設定され得る。さらに代替としてまたは追加として、出力ビームの強度は、位相オフセットを変調することによって、RF入力パワーを一定に保持しながら、変調され得る。 Phase adjustment block 54 may apply the above relationship, for example, in modulating the intensity of each of the output beams from deflector 24 corresponding to the frequencies of curves 60 , 62 and 64 . Assuming that the RF power applied to transducer 40 is kept constant, the phase offset required to achieve a given output beam intensity I is
Figure 2023500525000008
is given by the arc cosine of I/I 0 , where I 0 is the intensity output at maximum diffraction efficiency for a given drive frequency f. at different drive frequencies as explained before.
Figure 2023500525000009
The value of can be used to compensate for differences in maximum diffraction efficiency at different frequencies. Alternatively or additionally, so that the diffraction efficiency is close to zero to effectively block one of the output beams,
Figure 2023500525000010
teeth
Figure 2023500525000011
can be set to Further alternatively or additionally, the intensity of the output beam may be modulated while holding the RF input power constant by modulating the phase offset.

図7は、本発明の他の実施形態による、音響光学偏向器に印加される多周波信号の概略グラフである。この信号は、図2に示される信号と同様な、チャープ型周波数スペクトルを有するが、この場合は一連の離散的な周波数ステップ70を備える。この種の信号は、所定の出力ビームが阻止されることになる区間の間、図5に示される駆動回路などの、デジタル駆動回路によって都合よく印加され得る。 FIG. 7 is a schematic graph of multi-frequency signals applied to an acousto-optic deflector, according to another embodiment of the invention. This signal has a chirped frequency spectrum similar to that shown in FIG. 2, but this time with a series of discrete frequency steps 70 . A signal of this kind may conveniently be applied by a digital drive circuit, such as the drive circuit shown in FIG. 5, during intervals during which a given output beam is to be blocked.

この周波数チャープ手法は、上述された変換器の間の位相オフセットの調整に基づく手法と組み合わせ得るので有利である。位相は、各周波数ステップ70において、音響波を、所定の周波数におけるブラッグ条件から逸脱する波面角において、音響光学媒体を通って伝搬させるように選択される。出力ビーム強度の最大減衰のために、各周波数における位相オフセットは、おおよそ

Figure 2023500525000012
に設定されることができ、ここで
Figure 2023500525000013
は、当該の周波数におけるブラッグ条件を満たす位相オフセットである。 Advantageously, this frequency chirp technique can be combined with the technique based on adjusting the phase offset between the transducers described above. The phase is chosen to cause, at each frequency step 70, the acoustic wave to propagate through the acousto-optic medium at wavefront angles that deviate from the Bragg condition at the given frequency. For maximum attenuation of the output beam intensity, the phase offset at each frequency is approximately
Figure 2023500525000012
where
Figure 2023500525000013
is the phase offset that satisfies the Bragg condition at the frequency of interest.

上述の実施形態は、例として記載され、および本発明は、本明細書の上記で具体的に示され述べられたものに限定されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書の上記で述べられた様々な特徴の組合せおよび部分的組合せの両方、ならびに上記の説明を読むことにより当業者が思い付き得る、および先行技術で開示されていない、それらの変更形態および変形形態を含む。
It will be understood that the above-described embodiments have been described by way of example and that the present invention is not limited to that specifically shown and described hereinabove. Rather, the scope of the present invention may occur to those skilled in the art, both in combination and subcombination of the various features set forth hereinabove, as well as upon reading the foregoing description and disclosures in the prior art. not including modifications and variations thereof.

Claims (22)

光学装置であって、
放射の入力ビームを受け取り、前記入力ビームを、それぞれの第1および第2のビーム角において、それぞれの第1および第2の強度で、少なくとも第1および第2の出力ビームに偏向させるように構成される音響光学媒体であって、異なる、それぞれの第1および第2の回折効率によって特徴付けられる、音響光学媒体と、
前記音響光学媒体に取り付けられた、複数の圧電変換器のアレイと、
前記圧電変換器に、それぞれの駆動信号を印加するように結合された駆動回路であって、前記駆動信号は、前記第1および第2の出力ビームを、それぞれの第1および第2のビーム角において、および前記複数の圧電変換器のそれぞれにおいて、第1および第2の周波数成分に対する、異なる、それぞれの第1および第2の位相オフセットを有して方向付けるように、異なる、対応する第1および第2の周波数での少なくとも第1および第2の駆動信号を備え、これは音響波を前記第1および第2の周波数で、異なる、それぞれの第1および第2の波面角を有して、前記音響光学媒体を通して伝搬させ、および前記駆動回路は、前記異なる第1および第2の回折効率を補償し、それによって前記第1および第2の強度を等しくするために、前記第1および第2の位相オフセットを選択するように構成されたコントローラを備えた、駆動回路と
を備えることを特徴とする光学装置。
An optical device,
configured to receive an input beam of radiation and to deflect said input beam into at least first and second output beams at respective first and second beam angles with respective first and second intensities; an acousto-optic medium characterized by different respective first and second diffraction efficiencies;
an array of piezoelectric transducers attached to the acousto-optic medium;
A drive circuit coupled to apply respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals directing the first and second output beams to respective first and second beam angles. and in each of the plurality of piezoelectric transducers, different corresponding first phase offsets for the first and second frequency components to direct with different respective first and second phase offsets. and at least first and second drive signals at a second frequency, which drive acoustic waves at said first and second frequencies with different respective first and second wavefront angles. , propagating through the acousto-optic medium, and the drive circuit for compensating for the differing first and second diffraction efficiencies, thereby equalizing the first and second intensities. and a drive circuit comprising a controller configured to select a phase offset of two.
請求項1に記載の装置であって、前記駆動回路は、前記音響光学媒体が前記入力ビームを同時に、少なくとも前記第1および第2の出力ビームに偏向させるために、少なくとも前記第1および第2の駆動信号を、前記それぞれの位相に第1および第2の位相オフセットを有して、前記圧電変換器に併行して印加するように構成されることを特徴とする装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the drive circuit is adapted to cause the acousto-optic medium to simultaneously deflect the input beam into at least the first and second output beams. drive signals having first and second phase offsets in said respective phases in parallel to said piezoelectric transducer. 請求項1に記載の装置であって、前記コントローラは、前記音響光学媒体が、少なくとも前記第1および第2のビームを、それぞれの第1および第2の角度範囲にわたって走査するように、前記第1および第2の駆動信号の少なくとも前記第1および第2の周波数を変化させ、変化する前記周波数に応答して前記それぞれの位相オフセットを変化させるように構成されることを特徴とする装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the controller causes the acousto-optic medium to scan at least the first and second beams over respective first and second angular ranges. An apparatus configured to vary at least said first and second frequencies of first and second drive signals and to vary said respective phase offsets in response to said varying frequencies. 請求項3に記載の装置であって、前記コントローラは、目標上の前記第1のビームの強度が所定のビーム強度の50%未満まで減衰される、阻止区間によって散在される、連続するパルス区間の間、前記音響光学媒体は、前記所定のビーム強度を有して、少なくとも前記第1のビームを前記目標に向かって偏向させるように、前記駆動回路によって印加される前記駆動信号を制御するように構成され、
前記第1の駆動信号は、所定の振幅を有し、各パルス区間の間は前記ビームの偏向角に対応する周波数を有し、各阻止区間の間はチャープ型周波数スペクトルを有することを特徴とする装置。
4. The apparatus of claim 3, wherein the controller controls successive pulse intervals interspersed by stop intervals in which the intensity of the first beam on target is attenuated to less than 50% of a predetermined beam intensity. while the acousto-optic medium has the predetermined beam intensity and controls the drive signal applied by the drive circuit to deflect at least the first beam toward the target. configured to
The first drive signal has a predetermined amplitude, a frequency corresponding to the deflection angle of the beam during each pulse interval, and a chirped frequency spectrum during each stop interval. device to
請求項1に記載の装置であって、前記第1の回折効率は、前記第2の回折効率より大きく、前記コントローラは、前記第2の周波数での前記音響波が、前記入力ビームに対するブラッグ条件を満たし、前記第1の周波数での前記音響波が、前記入力ビームに対するブラッグ条件から逸脱するように、前記第2の位相オフセットを設定することによって、前記異なる第1および第2の回折効率を補償するように構成されることを特徴とする装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the first diffraction efficiency is greater than the second diffraction efficiency, and the controller determines that the acoustic wave at the second frequency satisfies the Bragg condition for the input beam. and the different first and second diffraction efficiencies by setting the second phase offset such that the acoustic wave at the first frequency deviates from the Bragg condition for the input beam. An apparatus characterized in that it is configured to compensate. 請求項5に記載の装置であって、前記コントローラは、前記それぞれの位相オフセットに関わらず、前記それぞれの駆動信号の一定のパワーレベルを維持しながら、前記それぞれの位相オフセットを変更することによって、出力ビームのそれぞれをオンおよびオフにするようにさらに構成されることを特徴とする装置。 6. The apparatus of claim 5, wherein the controller maintains a constant power level of the respective drive signal regardless of the respective phase offset, while varying the respective phase offset by: An apparatus further configured to turn on and off each of the output beams. 光学装置であって、
音響光学媒体であって、放射の入力ビームを受け取り、目標上のビームの強度が所定のビーム強度の50%未満まで減衰される、阻止区間によって散在される、連続するパルス区間の間、角度の範囲にわたって、前記所定のビーム強度を有して、前記入力ビームを前記目標に向かって偏向させるように構成される、音響光学媒体と、
前記音響光学媒体に取り付けられた、少なくとも1つの圧電変換器と、
駆動回路であって、前記少なくとも1つの圧電変換器に駆動信号を印加するように結合され、前記駆動信号は、所定の振幅を有し、各パルス区間の間は前記ビームの偏向角に対応する周波数を有し、各阻止区間の間はチャープ型周波数スペクトルを有する、駆動回路と
を備えることを特徴とする光学装置。
An optical device,
An acousto-optic medium that receives an input beam of radiation and is angularly divided between successive pulse intervals interspersed by stoppage intervals in which the intensity of the beam on the target is attenuated to less than 50% of the predetermined beam intensity. an acousto-optic medium configured to deflect the input beam toward the target over a range with the predetermined beam intensity;
at least one piezoelectric transducer attached to the acousto-optic medium;
A drive circuit coupled to apply a drive signal to said at least one piezoelectric transducer, said drive signal having a predetermined amplitude and corresponding to a deflection angle of said beam during each pulse interval. and a drive circuit having a frequency and having a chirped frequency spectrum between each stop interval.
請求項7に記載の装置であって、前記チャープ型周波数スペクトルは、前記目標上の前記ビームの前記強度が、前記阻止区間の間、前記所定のビーム強度の10%未満まで減衰されるように選ばれることを特徴とする装置。 8. The apparatus of claim 7, wherein said chirped frequency spectrum is such that said intensity of said beam on said target is attenuated to less than 10% of said predetermined beam intensity during said blocking interval. A device characterized by being selected. 請求項7に記載の装置であって、前記チャープ型周波数スペクトルは、各阻止区間の間に印加される、一連の離散的な周波数ステップを備えることを特徴とする装置。 8. The apparatus of claim 7, wherein the chirped frequency spectrum comprises a series of discrete frequency steps applied between each stop interval. 請求項9に記載の装置であって、前記少なくとも1つの圧電変換器は、複数の圧電変換器のアレイを備え、前記駆動回路は、音響波を、前記パルス区間の間、前記入力ビームに対するブラッグ条件を満たし、前記阻止区間の間、前記離散的な周波数ステップのそれぞれにおいて、前記入力ビームに対するブラッグ条件から逸脱する、波面角において、前記音響光学媒体を通って伝搬させるように選択された位相を有するそれぞれの駆動信号を、前記圧電変換器に印加するように構成されることを特徴とする装置。 10. The apparatus of claim 9, wherein the at least one piezoelectric transducer comprises an array of piezoelectric transducers and the drive circuit directs acoustic waves to the input beam as Bragg's during the pulse interval. phases selected to propagate through the acousto-optic medium at wavefront angles that satisfy the condition and deviate from the Bragg condition for the input beam at each of the discrete frequency steps during the stop interval. and applying a respective drive signal to the piezoelectric transducer. 光学装置であって、
放射の入力ビームを受け取り、前記入力ビームを、偏向角の範囲にわたって、目標に向かって偏向させるように構成される音響光学媒体と、
前記音響光学媒体に取り付けられた、複数の圧電変換器のアレイと、
前記圧電変換器に、それぞれの駆動信号を印加するように結合された駆動回路であって、前記駆動信号は、音響波を、選択された周波数で、音響光学媒体を通して伝搬させるように選択された周波数を有し、それによって前記範囲内の対応する偏向角において前記入力ビームを偏向させ、および前記音響波の波面角を調整することによって前記偏向されたビームの強度を変調するように選択された、前記アレイ内の前記変換器に印加される前記駆動信号の間の位相オフセットを有する、駆動回路と
を備えることを特徴とする光学装置。
An optical device,
an acousto-optic medium configured to receive an input beam of radiation and deflect the input beam toward a target over a range of deflection angles;
an array of piezoelectric transducers attached to the acousto-optic medium;
A drive circuit coupled to apply respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals selected to propagate acoustic waves through an acousto-optic medium at selected frequencies. frequency, thereby deflecting the input beam at a corresponding deflection angle within the range, and modulating the intensity of the deflected beam by adjusting the wavefront angle of the acoustic wave. and a drive circuit having a phase offset between the drive signals applied to the transducers in the array.
光走査の方法であって、
放射の入力ビームを、複数の圧電変換器のアレイが取り付けられた音響光学媒体に入射するように方向付けることと、
それぞれの駆動信号を、前記圧電変換器に印加することであって、前記駆動信号は、前記音響光学媒体に、前記音響光学媒体が、異なる、それぞれの第1および第2の回折効率によって特徴付けられる、前記入力ビームを、それぞれの第1および第2のビーム角において、それぞれの第1および第2の強度で、少なくとも第1および第2の出力ビームに偏向させるように、異なる、それぞれの第1および第2の周波数において、および前記複数の圧電変換器のそれぞれにおいて、前記第1および第2の周波数成分に対して、異なる、それぞれの第1および第2の位相オフセットを有する、少なくとも第1および第2の周波数成分を備える、印加することと、
前記異なる第1および第2の回折効率を補償し、それによって前記第1および第2の強度を等しくするために、音響波を前記第1および第2の周波数で、異なる、それぞれの第1および第2の波面角を有して、前記音響光学媒体を通して伝搬させる、前記第1および第2の位相オフセットを選択することと
を含むことを特徴とする方法。
A method of optical scanning, comprising:
directing an input beam of radiation to be incident on an acousto-optic medium having an array of piezoelectric transducers mounted thereon;
applying respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals directing the acousto-optic medium to the acousto-optic medium characterized by different respective first and second diffraction efficiencies; different respective second beam angles to deflect the input beam into at least first and second output beams with respective first and second intensities at respective first and second beam angles. at least a first phase offset having different respective first and second phase offsets for said first and second frequency components at first and second frequencies and at each of said plurality of piezoelectric transducers; and a second frequency component;
To compensate for the different first and second diffraction efficiencies, thereby equalizing the first and second intensities, acoustic waves are applied at the first and second frequencies to different respective first and second frequencies. selecting said first and second phase offsets to propagate through said acousto-optic medium with a second wavefront angle.
請求項12に記載の方法であって、前記それぞれの駆動信号を印加することは、前記音響光学媒体が前記入力ビームを同時に、少なくとも前記第1および第2の出力ビームに偏向させるために、少なくとも前記第1および第2の駆動信号を、前記それぞれの位相に第1および第2の位相オフセットを有して、前記圧電変換器に併行して印加することを含むことを特徴とする方法。 13. The method of claim 12, wherein applying the respective drive signals causes the acousto-optic medium to simultaneously deflect the input beam into at least the first and second output beams. applying said first and second drive signals concurrently to said piezoelectric transducer having first and second phase offsets in said respective phases. 請求項12に記載の方法であって、前記それぞれの駆動信号を印加することは、前記音響光学媒体が、少なくとも前記第1および第2のビームを、それぞれの第1および第2の角度範囲にわたって走査するように、前記第1および第2の駆動信号の少なくとも前記第1および第2の周波数を変化させることを含み、前記第1および第2の位相オフセットを選択することは、変化する前記周波数に応答して前記それぞれの位相オフセットを変化させることを含むことを特徴とする方法。 13. The method of claim 12, wherein applying the respective drive signals causes the acousto-optic medium to direct at least the first and second beams over respective first and second angular ranges. Selecting the first and second phase offsets includes varying at least the first and second frequencies of the first and second drive signals in a scanning manner, wherein selecting the first and second phase offsets varies the varying frequencies. and varying said respective phase offsets in response to . 請求項14に記載の方法であって、前記それぞれの駆動信号を印加することは、目標上の前記第1のビームの強度が所定のビーム強度の50%未満まで減衰される、阻止区間によって散在される、連続するパルス区間の間、前記音響光学媒体は、前記所定のビーム強度を有して、少なくとも前記第1のビームを前記目標に向かって偏向させるように、前記駆動信号を制御することを含み、
前記第1の駆動信号は、所定の振幅を有し、各パルス区間の間は前記ビームの偏向角に対応する周波数を有し、各阻止区間の間はチャープ型周波数スペクトルを有することを特徴とする方法。
15. The method of claim 14, wherein applying the respective drive signal is interspersed with blocking intervals, wherein the intensity of the first beam on target is attenuated to less than 50% of a predetermined beam intensity. controlling the drive signal such that during successive pulse intervals the acousto-optic medium has the predetermined beam intensity and deflects at least the first beam toward the target. including
The first drive signal has a predetermined amplitude, a frequency corresponding to the deflection angle of the beam during each pulse interval, and a chirped frequency spectrum during each stop interval. how to.
請求項12に記載の方法であって、前記第1の回折効率は、前記第2の回折効率より大きく、前記第1および第2の位相オフセットを選択することは、前記第2の周波数での前記音響波が、前記入力ビームに対するブラッグ条件を満たし、前記第1の周波数での前記音響波が、前記入力ビームに対するブラッグ条件から逸脱するように、前記第2の位相オフセットを設定することによって、前記異なる第1および第2の回折効率を補償することを含むことを特徴とする方法。 13. The method of claim 12, wherein the first diffraction efficiency is greater than the second diffraction efficiency, and selecting the first and second phase offsets comprises: by setting the second phase offset such that the acoustic wave satisfies the Bragg condition for the input beam and the acoustic wave at the first frequency deviates from the Bragg condition for the input beam; A method, comprising compensating for said different first and second diffraction efficiencies. 請求項16に記載の方法であって、前記第1および第2の位相オフセットを選択することは、前記それぞれの位相オフセットに関わらず、前記それぞれの駆動信号の一定のパワーレベルを維持しながら、前記それぞれの位相オフセットを変更することによって、前記出力ビームのそれぞれをオンおよびオフにすることを含むことを特徴とする方法。 17. The method of claim 16, wherein selecting the first and second phase offsets includes maintaining a constant power level of the respective drive signals regardless of the respective phase offsets: and turning each of said output beams on and off by changing said respective phase offset. 光走査の方法であって、
放射の入力ビームを、少なくとも1つの圧電変換器が取り付けられた、音響光学媒体に入射するように方向付けることと、
前記少なくとも1つの圧電変換器に駆動信号を印加することであって、前記駆動信号は、所定の振幅を有し、連続するパルス区間のそれぞれの間、前記ビームの偏向角に対応する周波数を有し、前記パルス区間によって散在された、連続する阻止区間のそれぞれの間、チャープ型周波数スペクトルを有し、その結果、前記音響光学媒体に、連続するパルス区間のそれぞれの間、角度の範囲にわたって、所定のビーム強度を有して、目標に向かって前記入力ビームを偏向させる、および前記阻止区間のそれぞれの間、前記所定のビーム強度の50%未満まで、前記目標上の前記ビームの強度を減衰させる、印加することと
を含むことを特徴とする方法。
A method of optical scanning, comprising:
directing an input beam of radiation to be incident on an acousto-optic medium to which at least one piezoelectric transducer is attached;
applying a drive signal to the at least one piezoelectric transducer, the drive signal having a predetermined amplitude and a frequency corresponding to the deflection angle of the beam during each successive pulse interval; and has a chirped frequency spectrum during each successive stop interval interspersed by said pulse intervals, such that said acousto-optic medium, during each successive pulse interval, over a range of angles, Deflect the input beam toward a target with a predetermined beam intensity, and attenuate the intensity of the beam on the target to less than 50% of the predetermined beam intensity during each of the stop intervals. and applying.
請求項18に記載の方法であって、前記チャープ型周波数スペクトルは、前記目標上の前記ビームの前記強度が、前記阻止区間の間、前記所定のビーム強度の10%未満まで減衰されるように選ばれることを特徴とする方法。 19. The method of claim 18, wherein the chirped frequency spectrum is such that the intensity of the beam on the target is attenuated to less than 10% of the predetermined beam intensity during the blocking interval. A method characterized by being selected. 請求項18に記載の方法であって、前記チャープ型周波数スペクトルは、各阻止区間の間に印加される、一連の離散的な周波数ステップを備えることを特徴とする方法。 19. The method of claim 18, wherein the chirped frequency spectrum comprises a series of discrete frequency steps applied between each stop interval. 請求項20に記載の方法であって、前記少なくとも1つの圧電変換器は、複数の圧電変換器のアレイを備え、前記駆動信号を印加することは、音響波を、前記パルス区間の間、前記入力ビームに対するブラッグ条件を満たし、前記阻止区間の間、前記離散的な周波数ステップのそれぞれにおいて、前記入力ビームに対するブラッグ条件から逸脱する、波面角において、前記音響光学媒体を通って伝搬させるように選択された位相を有するそれぞれの駆動信号を、前記複数の圧電変換器に印加することを含むことを特徴とする方法。 21. The method of claim 20, wherein the at least one piezoelectric transducer comprises an array of piezoelectric transducers, and applying the drive signal causes an acoustic wave to generate the selected to propagate through the acousto-optic medium at wavefront angles that satisfy the Bragg condition for the input beam and deviate from the Bragg condition for the input beam during the stop interval, at each of the discrete frequency steps. and applying respective drive signals having phases adjusted to the plurality of piezoelectric transducers. 光走査の方法であって、
放射の入力ビームを、複数の圧電変換器のアレイが取り付けられた音響光学媒体に入射するように方向付けることと、
それぞれの駆動信号を、前記圧電変換器に印加することであって、前記駆動信号は、前記選択された周波数での音響波を、前記音響光学媒体を通って伝搬させるように選択された周波数を有し、それによって前記音響光学媒体に、前記入力ビームを、対応する偏向角において偏向させる、印加することと、
前記音響波の波面角を調整することによって、前記偏向されたビームの強度を変調するように選択された、前記アレイ内の前記変換器の間で位相オフセットを設定することと
を含むことを特徴とする方法。
A method of optical scanning, comprising:
directing an input beam of radiation to be incident on an acousto-optic medium having an array of piezoelectric transducers mounted thereon;
applying respective drive signals to the piezoelectric transducers, the drive signals having frequencies selected to cause acoustic waves at the selected frequencies to propagate through the acousto-optic medium; applying to the acousto-optic medium, thereby deflecting the input beam at a corresponding deflection angle;
setting a phase offset between the transducers in the array selected to modulate the intensity of the deflected beam by adjusting the wavefront angle of the acoustic wave. and how.
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