JPH0320818Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、音響光学素子に係り、特に、作動時
における超音波伝播媒体中の温度勾配を少なくし
た音響光学素子に関する。

［従来の技術］ 音波による光の散乱現象がレーザビームを変調
するための有用な手段であることは既に知られて
おり、このような現象を利用したものの１つに音
響光学素子がある。

この音響光学素子は、第５図と第６図とに示す
ように、通常、ガラス等で形成された超音波伝播
媒体１０１と、その一側面に取付けられたトラン
スデユーサ１０２とで構成されている。

この場合におけるトランスデユーサ１０２は、
超音波伝播媒体１０１側に配設される下側電極１
０３と、この下側電極１０３上に配設される圧電
素子１０４と、この圧電素子１０４の上面に配設
される上側電極１０５とで、三層構造となつて形
成されている。

そして、上側電極１０５と下側電極１０３との
間に電気信号を印加することにより圧電素子１０
４を励振し、超音波伝播媒体１０１中を超音波が
伝播するようになつている。

この時、超音波伝播媒体１０１はあたかも回折
格子が形成されたような状態となり、この超音波
伝播媒体１０１を透過するレーザビームは偏向さ
れ、回折光が得られるようになつている。

この場合、トランスデユーサ１０２を構成して
いる上側電極１０５は、一般に長方形形状を呈す
るものが多く用いられ、あるいは、超音波伝播媒
体１０１での超音波ビームの拡散を小さなものと
するため、楕円形や菱形などの形状を呈するもの
が用いられていた。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、上記のようにして構成されている音
響光学素子は、その作動中における超音波の振動
エネルギーが超音波伝播媒体１０１自体の有する
粘性、もしくはトランスデユーサ１０２と超音波
伝播媒体１０１との境界面で生ずる摩擦などによ
り変換ロスが生じて発熱し、あるいは電極自体の
抵抗により発熱するなどして、超音波伝播媒体１
０１を加熱し発熱させる傾向にある。

その場合、上側電極１０５に対向する部位の超
音波伝播媒体１０５の昇温が特に顕著である一
方、超音波伝播媒体１０１は外周面に近くなるに
つれて放熱性がよくなつて温度低下の度合が高く
なることから、超音波伝播媒体１０１中にはその
中央部に熱がこもつて特に高温となり、第７図に
示すような温度勾配が生ずることになる。

超音波伝播媒体１０１中に生ずるこのような温
度勾配は、本来、均一であるべき屈折率に変動分
布を生じさせ、入射ビーム１０６との関係で出射
ビーム１０７は、第８図に示すように本来は鎖線
方向へと出射すべきであるにもかかわらず、実線
方向へのドリフトを発生させる結果を招くという
不都合があつた。

本考案の目的は、超音波伝播媒体中におけるレ
ーザビームの透過方向における温度勾配をできる
だけ少なくした音響光学素子を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本考案は次の
ようにして構成した。

すなわち、本考案は、超音波伝播媒体とトラン
スデユーサとを備えてなる音響光学素子にあつ
て、トランスデユーサは、圧電素子と、この圧電
素子を挟持する上側電極と下側電極とで形成し、
該トランスデユーサは、その中央部に比してレー
ザビームの入射側と出射側に近接するにつれ発熱
量が大きくなるように変形させて形成したことに
構成上の特徴がある。

［作用］ このため、変形させたトランスデユーサを介す
ることで、超音波伝播媒体におけるレーザビーム
の入射側と出射側とは、その中央部に比較してよ
り強く加熱することができ、外気に接して放熱さ
れることを考慮に入れるならば、結果的に、超音
波伝播媒体中におけるレーザビームの入射側から
出射側に至る部位における温度勾配の平坦化を図
ることができる。

したがつて、超音波伝播媒体中の屈折率を比較
的均一なものとすることができ、出射ビームの位
置にドリフトが生ずるのを抑制することができ
る。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示す斜視図であ
る。図においてPbMoO₄等を用いて形成される超
音波伝播媒体１には、その一側を介してトランス
デユーサ２が配設されている。

このトランスデユーサ２は、結晶構造が36゜回
転Ｙ板であるLiNbO₃などで形成された圧電素子
４と、この圧電素子４を挟持するAu等で形成さ
れた下側電極３と上側電極５とで構成されてい
る。このトランスデユーサ２は、超音波伝播媒体
１における入射ビーム６側と出射ビーム７側との
両方向に行くに従いその発熱量が大きくなるよう
に変形させて形成されている。

第１図および第２図は、このようなトランスデ
ユーサ２に用いられる上側電極５の形状の一例を
示すものであり、その中央部における面積を最小
とし、両側方向、つまり入射ビーム６側と出射ビ
ーム７とに行くに従いその面積が大きくなるよう
に広幅に形成されている。

また、第３図は、上側電極５の形状の他例を示
すものであり、その中央部における肉厚が最大と
なり、両側方向、つまり入射ビーム６側と出射ビ
ーム７側とに行くに従い漸次その肉厚が薄くなる
ようにして形成されている。

なお、本考案において、上側電極５は、その側
縁８が超音波伝播媒体１の側縁９と合致するよう
にして配設し、あるいは、極く近傍にまで近接さ
せて配設するならば、超音波伝播媒体１に対する
加熱効果をより一層徹底させることができる。

また、本考案における第１図に示す実施例の上
側電極５の形状は、外側方向に行くに従いその面
積を大きくしてあるため、超音波ビームが拡散し
やすくなるとも考えられるが、使用する周波数が
高いのでその点での実用上の問題はない。

本考案に係る音響光学素子はこのようにして構
成されているので、超音波伝播媒体１における入
射ビーム６側近傍と出射ビーム７側近傍とを特に
強く加熱することができる。

すなわち、第１図における上側電極５のよう
に、中央部からその両側方向である入射ビーム６
側と出射ビーム７側とにかけてその面積が漸次広
くなるようにして形成してあるときは、面積の広
い部面において超音波による音響エネルギーを最
も強くすることができ、したがつてその発熱量も
最も大きなものとすることができるため、外気と
の接触面であり、放熱しやすい入射ビーム６側と
出射ビーム７側との近傍を最も加熱することがで
きる。

また、第３図における上側電極５のように、そ
の肉厚を変化させているときは、肉厚が薄ければ
薄いほど導体抵抗が高くなるため、その発熱量も
高いものとなる。したがつて、第１図の実施例と
同様に、超音波伝播媒体１における入射ビーム６
側と出射ビーム７側との近傍を最も強く加熱する
ことができる。

かくして、超音波伝播媒体１は、放熱量の大小
に比例させて加熱されることになり、結果的に、
第４図に示すようにその温度分布を平坦化するこ
とができ、超音波伝播媒体１におけるレーザビー
ムの透過方向に沿つた部位の屈折率を均一化させ
ることで出射ビームの位置にドリフトが生ずるの
を抑制することができる。

なお、本考案に係る音響光学素子の効果を確認
すべく、超音波伝播媒体１はPbMoO₄を用いて縦
×横×高さが15×３×８（mm）のものを、圧電素
子４は36゜回転Ｙ板のLiNbO₃を、上下両側電極
３，５はAuをそれぞれ用いることで形成した音
響光学素子を用いて実験を行なつた。

この場合における上側電極５には、中央部の幅
1.0mm、両側端の幅を2.0mm、全長を14.5mmとした
ものを用い、あるいは中央部の厚さを２〜3μm、
両端部の厚さを1000Å、全長を14.5mmとしたもの
を用い、0.3Wの駆動電力をかけて作動させた。

その結果、超音波伝播媒体にPbMoO₄を用いた
従来型の音響光学素子の場合、1mradのビームド
リフト量が検出されたのに対し、本考案の上記実
施例の場合、0.1mrad以内のビームドリフト量が
検出されたにとどまり、本考案によるときは、ド
リフトの発生を効果的に抑制することができるこ
とを確認することができた。

［考案の効果］ 以上述べたように、本考案によれば、トランス
デユーサを変形させて形成してあるので、超音波
伝播媒体をその放熱量に比例させて加熱すること
で温度分布を平均化することができ、したがつ
て、超音波伝播媒体内における屈折率の均一化を
図ることで出射ビームの位置にドリフトの生ずる
のを効果的に防止することができ、精度の高い音
響光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体斜視図、
第２図は第１図の一部省略側面図、第３図は本考
案の他の実施例を示す一部省略側面図、第４図は
本考案の作動時における超音波伝播媒体中の温度
分布状況を示すグラフ図、第５図は従来例を示す
全体斜視図、第６図は第５図の一部省略側面図、
第７図は従来例の作動時における超音波伝播媒体
中の温度分布状況を示すグラフ図、第８図は従来
例にみられた出射ビームの位置についてのドリフ
ト発生の状況を示す斜視図である。 １……超音波伝播媒体、２……トランスデユー
サ、３……下側電極、４……圧電素子、５……上
側電極、６……入射ビーム、７……出射ビーム、
８，９……側縁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 超音波伝播媒体とトランスデユーサとを備え
   てなる音響光学素子において、トランスデユー
   サは、圧電素子と、この圧電素子を挟持する上
   側電極と下側電極とで形成し、該トランスデユ
   ーサは、その中央部に比してレーザビームの入
   射側と出射側に近接するにつれ発熱量が大きく
   なるように変形させて形成したことを特徴とす
   る音響光学素子。 ２ 上側電極の形状は、レーザビームの入射側と
   出射側の幅が中央部の幅よりも広い実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の音響光学素子。 ３ 上側電極の形状は、レーザビームの入射側と
   出射側の厚さが中央部の厚さよりも厚い実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の音響光学素子。