JPS6347739A - Acoustic-optical device - Google Patents

Acoustic-optical device

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JPS6347739A
JPS6347739A JP19186186A JP19186186A JPS6347739A JP S6347739 A JPS6347739 A JP S6347739A JP 19186186 A JP19186186 A JP 19186186A JP 19186186 A JP19186186 A JP 19186186A JP S6347739 A JPS6347739 A JP S6347739A
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apw
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incident light
ultrasonic
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Kenji Nakamura
憲司 中村
Fumitaka Kan
簡 文隆
Naoji Hayakawa
早川 直司
Masanori Takenouchi
竹之内 雅典
Isamu Shimoda
下田 勇
Masahiko Okunuki
昌彦 奥貫
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Abstract

PURPOSE:To deflect light beams transmitted in a medium within a wide angle range by generating plural electron beams whose intensity is modulated from an electron beam generator while individually controlling them and radiating the electron beams to a medium having an acoustic-optical effect to generate a required ultrasonic wave. CONSTITUTION:In case of deflecting incident light Li by ultrasonic waves APW with high frequency, the wavelength of the ultrasonic waves APW is reduced, so that the incident angle of the incident light Li should be set up to a large value to satisfy Bragg's condition. Namely, the ultrasonic waves APW are generated so as to be transmitted with an inclination to the incident side of the incident light Li from the normal on the surface of a substrate SUB and an angle formed by the wave surface of the ultrasonic waves APW and the incident light Li is set up so as to satisfy Bragg's condition. In case of deflecting light beams by ultrasonic waves with low frequency, the wavelength of the ultrasonic waves APW is increased, so that the incident angle of the incident light Li is reduced to satisfy the Bragg's condition, the ultrasonic waves APW are generated so as to be transmitted with an inclination to the opposite side against the incident side of the incident light Li and an angle formed by the wave surface of the ultrasonic waves APW and the incident light Li is set up so as to satisfy Bragg's condition.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、複数の電子線源を独立して駆動することが可
能な電子線発生装置を用いた音響光学装置に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an acousto-optic device using an electron beam generator capable of independently driving a plurality of electron beam sources.

[従来の技術] 超音波光偏向器は音響光学効果を有する媒質中を伝搬す
る光束を、媒質中に発生させた超音波によって偏向させ
る技術を利用した音響光学装置であり、光制御における
素子として近年その重要性が増しつつある。
[Prior Art] An ultrasonic optical deflector is an acousto-optic device that uses a technology to deflect a light beam propagating in a medium with an acousto-optic effect using an ultrasonic wave generated in the medium, and is used as an element in optical control. Its importance has been increasing in recent years.

第10図は従来から使用されている超音波光偏向器の一
例を示す概略構成図、第11図はその動作説明図である
。第10図において、音響光学効果を有する媒質SUB
上で、圧電体Pを挟むように電極111.02が設置さ
れ、これらの電aiD1.02間には高周波信号源SG
が設けられている。この高周波信号源SGで発生された
高周波信号は電極器と02の間に印加され、圧電体Pに
おいてその圧電性によって電気信号が機械的な振動に変
換されて超音波が発生する。そして、その超音波は媒質
SOB中に伝達され、体積波(バルク波)の平面波AP
Wとなって、媒質SUB中をその表面と垂直な方向OP
へと伝搬する。このようにして発生した超音波の波面は
、入射光L】に対して回折格子として作用し。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventionally used ultrasonic optical deflector, and FIG. 11 is an explanatory diagram of its operation. In FIG. 10, a medium SUB having an acousto-optic effect
Above, electrodes 111.02 are installed to sandwich the piezoelectric body P, and a high frequency signal source SG is connected between these electrodes aiD1.02.
is provided. The high frequency signal generated by the high frequency signal source SG is applied between the electrode device and 02, and the piezoelectric body P converts the electric signal into mechanical vibration due to its piezoelectricity, thereby generating an ultrasonic wave. Then, the ultrasonic wave is transmitted into the medium SOB, and the plane wave AP of the bulk wave (bulk wave)
W in the medium SUB in the direction OP perpendicular to its surface.
propagates to. The wavefront of the ultrasonic wave thus generated acts as a diffraction grating for the incident light L.

ブラッグ回折を生じさせる。その結果、入射光Liは一
部が回折光L1となり残りが非回折光LOとなって媒質
SOBから出射する。
Causes Bragg diffraction. As a result, part of the incident light Li becomes diffracted light L1 and the rest becomes undiffracted light LO, which is output from the medium SOB.

ブラッグ回折格子の間隔、即ち媒質SOB中を伝搬する
超音波の波長は、電極01. D2に印加する高周波信
号の周波数によって決定される。従って、高周波信号源
SGから発生する信号の周波数を変えることにより1回
折光L1の回折角が変化し、回折光L1はZ方向へT2
で示すように振らせることができる。
The spacing between the Bragg gratings, that is, the wavelength of the ultrasonic wave propagating in the medium SOB, is determined by the distance between the electrodes 01. It is determined by the frequency of the high frequency signal applied to D2. Therefore, by changing the frequency of the signal generated from the high-frequency signal source SG, the diffraction angle of the first diffracted light L1 changes, and the diffracted light L1 moves toward the Z direction T2.
It can be made to swing as shown in .

第11図はこのような回折角の変化を説明するための断
面図である。第11図(a)は電極D1とD2とを高い
周波数で駆動した場合であり、回折光L1は非回折光L
Oに対し、角度T1で回折されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining such a change in the diffraction angle. FIG. 11(a) shows the case where the electrodes D1 and D2 are driven at a high frequency, and the diffracted light L1 is the non-diffracted light L.
It is diffracted at an angle T1 with respect to O.

第11図(b)は電極D1. D2を低い周波数で駆動
した場合であり、回折角はT2 (TI>72)である
FIG. 11(b) shows the electrode D1. This is a case where D2 is driven at a low frequency, and the diffraction angle is T2 (TI>72).

このような従来の超音波光偏向器においては、超音波の
発生を圧電体Pを利用した超音波トランスデユーサを用
いて行うため、次のような欠点を有している。
In such a conventional ultrasonic optical deflector, since ultrasonic waves are generated using an ultrasonic transducer using a piezoelectric material P, the conventional ultrasonic optical deflector has the following drawbacks.

1、  トランスデユーサはその形状によって動作周波
数帯域幅に制限を持つため5発生し得る超音波の波長が
限られており、偏向角の範囲が広くできない。
1. Since the transducer has a limited operating frequency bandwidth due to its shape, 5 the wavelength of the ultrasonic waves that can be generated is limited, and the range of deflection angles cannot be widened.

■0発生される超音波の波面は、トランスデユーサと平
行な方向に限られるため、第11図から明らかなように
入射光束と波面とのなす角は一定である。そのため、ブ
ラッグの条件を完全に満足する周波数はただ1点であり
、超音波トランスデユーサの帯域幅内であっても、この
周波数以外ではブラックの条件からのずれにより回折効
率が低下する。
(2) The wavefront of the generated ultrasonic wave is limited to the direction parallel to the transducer, so as is clear from FIG. 11, the angle between the incident light beam and the wavefront is constant. Therefore, there is only one frequency that completely satisfies Bragg's condition, and even within the bandwidth of the ultrasonic transducer, at frequencies other than this, the diffraction efficiency decreases due to deviation from Bragg's condition.

[発明の目的] 本発明の目的は、電子線発生装置から強度変調された複
数個の電子線を個別に制御して発生し、音響光学効果を
有する媒質に照射し、所望の超音波を発生させることに
より媒質中を伝搬する光束を広い角度範囲で偏向させる
ことが可能な音響光学装置を提供することにある。
[Objective of the Invention] An object of the present invention is to individually control and generate a plurality of intensity-modulated electron beams from an electron beam generator, and irradiate the medium with an acousto-optic effect to generate desired ultrasonic waves. An object of the present invention is to provide an acousto-optical device that can deflect a light beam propagating in a medium over a wide angular range by deflecting the light beam propagating in a medium.

[発明の概要] 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、独立して
駆動できる複数個の電子線源を二次元配列した電子線発
生装置と、強度変調した電子線を個々の電子線源から個
別に発生し、音響光学効果を有する媒質に照射して超音
波を発生させる制御手段とを備えたことを特徴とする音
響光学装置である。
[Summary of the Invention] The gist of the present invention to achieve the above-mentioned object is to provide an electron beam generator in which a plurality of independently driven electron beam sources are arranged in a two-dimensional manner, and an electron beam that is intensity-modulated to be generated by individual electron beams. This is an acousto-optic device characterized by comprising a control means for individually generating ultrasonic waves from a radiation source and irradiating a medium having an acousto-optic effect to generate ultrasonic waves.

[発明の実施例] 以下に第1図〜第9図に図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。
[Embodiments of the Invention] A detailed description will be given below based on the embodiments illustrated in FIGS. 1 to 9.

第1図は概略構成図であり、音響光学効果特性を有する
結晶或いはその他の媒質SOB上に電子線発生装置を用
いた超音波トランスデユーサEATが設置されており、
媒質SOBに入射光Liが入射するようになっている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram, in which an ultrasonic transducer EAT using an electron beam generator is installed on a crystal or other medium SOB having acousto-optic effect characteristics.
Incident light Li is made to enter the medium SOB.

超音波トランスデユーサFATから媒質SOB中に発生
される超音波APWの波面は、媒質SOB中をOA方向
へと伝搬する。超音波APWの波面は入射光Liに対し
て回折格子として作用し、ブラッグ回折を生じさせる。
The wavefront of the ultrasonic wave APW generated from the ultrasonic transducer FAT in the medium SOB propagates in the medium SOB in the OA direction. The wavefront of the ultrasonic wave APW acts as a diffraction grating on the incident light Li, causing Bragg diffraction.

その結果、入射光Liは一部がLlとなり、残りが非回
折光LOとなって媒質SUBから出射する。超音波トラ
ンスデユーサEATは発生する超音波APWの波面の方
向を任意に制御することが可能であり、トランスデユー
サの形状による周波数帯域の制限を持たない。
As a result, part of the incident light Li becomes Ll, and the rest becomes undiffracted light LO, which exits from the medium SUB. The ultrasonic transducer EAT can arbitrarily control the direction of the wavefront of the generated ultrasonic wave APW, and has no frequency band limitation due to the shape of the transducer.

第2図〜第6図は超音波トランスデユーサEATの動作
の説明図である。第2図は電子線発生装置を用いた超音
波トランスデユーサFATの概略構成図である。固体電
子線発生装置EBHの下面には、電子線rXEBSが二
次元に等間隔に配列されている。そして、基板SOBが
固体電子線発生装置EBHの対向して配置され、電子線
発生装置EBHの基板SOBに対向する面には加速電圧
を印加するための電極MACが形成されている。一方、
基板SOBは任意の固体であり、電極)IACとの間に
直流の加速電圧VACが印加されている。なお、基板S
OBが電気的絶縁体であれば表面に金属電極を形成して
電圧VACを印加することができる。
2 to 6 are explanatory diagrams of the operation of the ultrasonic transducer EAT. FIG. 2 is a schematic diagram of an ultrasonic transducer FAT using an electron beam generator. On the lower surface of the solid-state electron beam generator EBH, electron beams rXEBS are arranged two-dimensionally at equal intervals. The substrate SOB is placed opposite the solid-state electron beam generator EBH, and an electrode MAC for applying an accelerating voltage is formed on the surface of the electron beam generator EBH that faces the substrate SOB. on the other hand,
The substrate SOB is any solid body, and a DC accelerating voltage VAC is applied between it and the electrode (IAC). In addition, the substrate S
If OB is an electrical insulator, a metal electrode can be formed on the surface and voltage VAC can be applied.

電子線源EBSとしては、例えば特公昭54−3027
4号、特開昭54−111272号、特開閉56−15
529号、特開昭57−38528号公報等に開示され
ているような構造のものを用いることができる。これは
、pn接合に逆方向電圧を供給して電子なだれ増倍(ア
バランシェマルチプリケーション)を生じさせることに
より半導体基体内に電子を発生させ、半導体基体から電
子を放出させるようにしたものである。これによれば、
このような電子線発生装置EBH上に二次元配列された
電子線源EBSは、逆方向電圧の印加を個々の電子線源
EBSごとに適宜に制御することにより、独立的に駆動
することが可能である。
As an electron beam source EBS, for example, Japanese Patent Publication No. 54-3027
No. 4, JP-A-54-111272, JP-A-56-15
529, Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-38528, and the like can be used. This is a device in which electrons are generated within a semiconductor substrate by supplying a reverse voltage to a pn junction to cause electron avalanche multiplication, and the electrons are emitted from the semiconductor substrate. According to this,
The electron beam sources EBS arranged two-dimensionally on such an electron beam generator EBH can be driven independently by appropriately controlling the application of reverse voltage to each electron beam source EBS. It is.

第3図は第2図に示した超音波トランスデユーサFAT
の動作の一例を示す断面図である。上述のように二次元
配列された電子線源EBSは、それぞれに個別に制御さ
れて電子線CEBを発生することが可能であるが、第3
図の例では全ての電子線源EBSから同時に断続された
電子線CEBが発生されるようになっている。なお、電
子線CEBの断続周波数は数KHzから数100MHz
の範囲が可能であり、!!Ir続的に発生された電子線
CEBは加速電圧VACにより加速されて基板SOBの
表面に衝突し、基板SBR中に電子線CEBの断続周波
数と等しい周波数の超音波を発生する。
Figure 3 shows the ultrasonic transducer FAT shown in Figure 2.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the operation. The two-dimensionally arranged electron beam sources EBS as described above can be individually controlled to generate the electron beam CEB, but the third
In the illustrated example, intermittent electron beams CEB are generated simultaneously from all the electron beam sources EBS. Note that the intermittent frequency of electron beam CEB is from several KHz to several 100 MHz.
A range of is possible! ! The continuously generated electron beam CEB is accelerated by the accelerating voltage VAC and collides with the surface of the substrate SOB, generating ultrasonic waves having a frequency equal to the intermittent frequency of the electron beam CEB in the substrate SBR.

単一の断続された電子線の衝突による基板中への超音波
の発生は、例えば「生駒・赤塚、′°電子Fj超音波顕
微#a”、応用物理第51巻第2号(1982) 、 
205(95)頁」に詳述されている。それによれば、
基板表面に加速されて衝突した電子線の持つエネルギの
大部分は熱となり基板中に熱波が発生される。この熱波
は熱弾性効果により超音波となって基板中を伝搬し、超
音波の周波数は電子線の断続周波数に等しくなる。この
ような単一の電子線を用いた場合に、超音波の発生源は
1点であり、そこから発生された超音波はほぼ球面波と
なる。
The generation of ultrasonic waves in a substrate by the collision of a single intermittent electron beam is described, for example, in "Ikoma and Akatsuka, '°Electron Fj Ultrasonic Microscope #a," Applied Physics Vol. 51, No. 2 (1982),
205 (95) page”. According to it,
Most of the energy of the electron beam that accelerates and collides with the substrate surface becomes heat, generating heat waves within the substrate. This thermal wave becomes an ultrasonic wave due to the thermoelastic effect and propagates through the substrate, and the frequency of the ultrasonic wave becomes equal to the intermittent frequency of the electron beam. When such a single electron beam is used, the source of the ultrasonic wave is one point, and the ultrasonic wave generated from that point becomes a substantially spherical wave.

これに対し、第3図に示した超音波トランスデユーサE
A丁では電子線CEBは二次元に配列されて基板SOB
の表面に衝突するため、熱波T’llも二次元に並んで
超音波発生源となり、全ての電子線源EBSは同時に断
続されるため、熱波T讐及びそれにより発生する超音波
は全て位相が等しい、このように、二次元に並んだ発生
源から等しい位相で発生された超音波は重ね合わされて
平面波APWとなり、基板SBR中をその表面に垂直な
方向DPに伝搬することになる。
On the other hand, the ultrasonic transducer E shown in FIG.
In A block, the electron beam CEB is two-dimensionally arranged and connected to the substrate SOB.
Because the heat wave T'll collides with the surface of the In this way, the ultrasonic waves generated with equal phases from two-dimensionally arranged sources are superimposed to form a plane wave APW, which propagates in the direction DP perpendicular to the surface of the substrate SBR.

第4図は第2図の超音波トランスデユーサEATの他の
動作例を示す断面図である。前述したように、電子線源
EBSはそれぞれ独立して駆動することが可能である。
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the operation of the ultrasonic transducer EAT of FIG. 2. As described above, the electron beam sources EBS can be driven independently.

第4図では、このような特長を用いて電子線源EBS 
1、EBS2、・・・に順次に遅延を持たせつつ、同一
の断続周波数の電子線CEBを照射する。これらの電子
線CEBは上述したように、基板SOBに衝突して超音
波発生源となるが、各電子線源EBSI、EBS2、・
・・から発生する電子線CEBに遅延があるため、対応
する超音波発生源から発生する超音波の球面波には位相
遅れが生ずる。従って、波面合成の原理によりこれらの
球面波は重ね合わされて、この遅延時間によって決定さ
れる方向OSへと伝搬する平面波APWとなる。
In Figure 4, we use these features to create an electron beam source EBS.
1, EBS2, . . . are sequentially delayed, and an electron beam CEB of the same intermittent frequency is irradiated. As mentioned above, these electron beams CEB collide with the substrate SOB and become an ultrasonic generation source, but each electron beam source EBSI, EBS2, .
Since there is a delay in the electron beam CEB generated from ..., a phase lag occurs in the spherical wave of the ultrasonic wave generated from the corresponding ultrasonic generation source. Therefore, according to the principle of wave field synthesis, these spherical waves are superimposed to form a plane wave APW that propagates in the direction OS determined by this delay time.

基板SBR内に発生する超音波APWの伝搬する方向O
5は、上述したように電子線源EBSから発生する断続
された電子viCEBの遅延時間によって決定される。
The propagation direction O of the ultrasonic wave APW generated in the substrate SBR
5 is determined by the delay time of the intermittent electron viCEB generated from the electron beam source EBS as described above.

第5図はこのような遅延時間と伝搬方向O5の関係の説
明図である。第5図(a)は基板SUBを超音波APW
の伝搬方向DSから基板308表面へ下した垂線のなす
面で切った場合の断面図であり、CEBI、 CEB2
はこの平面内の断続された電子線、Pi、 P2は基板
SOBの表面の電子線C;EBI、CEB2が照射され
る点である0点PIと22との距離をd、超音波伝搬方
向DSと基板S[78表面にたてた垂線とのなす角をθ
、超音波の速度をVa、波長を入で表している。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the relationship between such delay time and propagation direction O5. Figure 5(a) shows the substrate SUB being exposed to ultrasonic APW.
CEBI, CEB2
is the interrupted electron beam in this plane, Pi; P2 is the electron beam C on the surface of the substrate SOB; d is the distance between 0 point PI, which is the point where EBI and CEB2 are irradiated, and 22; and the ultrasonic propagation direction DS is The angle between the perpendicular line drawn on the surface of the substrate S [78] is θ
, the speed of the ultrasonic wave is expressed by Va, and the wavelength is expressed by In.

第5図(b)は点P1及びP2に照射される電子線CE
Hの断続を示し、点P2ではPlよりも時間でだけ遅れ
て電子線CEBが断続される場合を示し、断続周波数は
何れもfとする。また、電子!ICEB2が点P2に到
達した時点で1点P1が到達した基板SBR内の位置を
PI’ とし、点PIとPI“との距離をhとする。従
って、時+1.’lτ後には電子線CEBIは距離τ・
入/(1/f)だけ移動していることになり、このとき
点P1及びP2における電子線CEBの断続が、基板S
UBの中の超音波APWに対し同一の作用を持つ条件は
、 τ/(1/f)・入=h 従って、τ/(1/f)= h/λ =d/(入/sinθ) であるから、f・入=Vaを用いて、 sinθ= ? ・Va/ d         −(
1)で超音波の伝搬方向DSが与えられる。或いは、基
板SO3内に所望の方向へ超音波を発生するには、(1
)式を変形して、 r=d*sinθ/ Va         −(2)
から求められる時間τを用いて、電子線CEBの発生を
遅延させればよい。
Figure 5(b) shows the electron beam CE irradiated to points P1 and P2.
At point P2, the electron beam CEB is intermittent with a delay of time from Pl, and the intermittent frequency is f in both cases. Also, electronic! When ICEB2 reaches point P2, the position in the substrate SBR where one point P1 reaches is set as PI', and the distance between points PI and PI' is set as h. Therefore, after time +1.'lτ, the electron beam CEBI is the distance τ・
This means that the electron beam CEB has moved by 1/(1/f), and at this time, the interruption of the electron beam CEB at points P1 and P2 causes the substrate S
The conditions that have the same effect on the ultrasonic APW in UB are τ/(1/f)・Input=h Therefore, τ/(1/f)=h/λ=d/(Input/sinθ) Therefore, using f・in=Va, sinθ= ?・Va/d-(
In 1), the propagation direction DS of the ultrasonic wave is given. Alternatively, to generate ultrasonic waves in a desired direction within the substrate SO3, (1
) by transforming the equation, r=d*sinθ/Va −(2)
The generation of the electron beam CEB may be delayed using the time τ obtained from .

第5図は前述したように超音波の伝搬方向OSから基板
SUBの表面へ下した垂線が構成する面による断面図で
あるが、二次元配列した電子線源EBSの一方の軸がこ
の面内に存在する必要はない、第6図は、このような事
情を説明するための電子線発生装置EBHの平面図であ
る。この第6図において、白丸記号は二次元配列された
電子線源EBSを表しており、超音波の伝搬方向DSの
基板S08表面への斜影をX軸、それと直交する方向を
X軸とし、原点は任意に1個選び出した電子線源EBS
Oとする。このとき、任意の電子線源EBS iの位置
を(xi、y+)で表すと、原点の電子線源EBSOに
対する電子線源EBS iの遅延時間τiを、τ1=x
asinθ/ Va        −(3)とするこ
とにより、基板SUB中に発生する超音波APWは進行
方向の基板S08表面への斜影がX軸と一致し、表面に
たてた垂線とのなす角がθとなる。従って、X軸を好適
に選び各電子線源EBSの相対的な遅延を(3)式を満
足するように設定することにより、基板SUB内の任意
の方向へ超音波APWを発生させることができる。この
ような超音波の発生は基板SOSの圧電性を用いていな
いため、任意の基板に対して超音波AP讐を発生させる
ことが可能である。
As mentioned above, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the plane formed by the perpendicular line drawn from the ultrasonic propagation direction OS to the surface of the substrate SUB, and one axis of the two-dimensionally arranged electron beam source EBS is within this plane. FIG. 6 is a plan view of the electron beam generator EBH for explaining such a situation. In FIG. 6, the white circle symbols represent the two-dimensionally arranged electron beam sources EBS, with the oblique shadow of the ultrasonic propagation direction DS on the surface of the substrate S08 as the is one randomly selected electron beam source EBS
Let it be O. At this time, if the position of an arbitrary electron beam source EBS i is expressed as (xi, y+), then the delay time τi of the electron beam source EBS i with respect to the electron beam source EBSO at the origin is τ1=x
By setting asinθ/Va - (3), the oblique shadow of the ultrasonic wave APW generated in the substrate SUB on the surface of the substrate S08 in the traveling direction coincides with the X axis, and the angle formed with the perpendicular to the surface is θ. becomes. Therefore, by appropriately selecting the X-axis and setting the relative delay of each electron beam source EBS so as to satisfy equation (3), it is possible to generate ultrasonic waves APW in any direction within the substrate SUB. . Since such generation of ultrasonic waves does not use the piezoelectricity of the substrate SOS, it is possible to generate ultrasonic waves on any substrate.

このように、本発明に用いる超音波トランスデユーサE
ATは、基板SUSの任意の方向へ任意の周波数の超音
波APWを発生することが可能である。この特長により
本発明の音響光学装置においては、入射光Liを広い角
度に渡って二次元的に偏向することができる。第7図、
第8図を用いてこれらの動作を説明すると、第7図は第
1図に示した実施例において、常にブラッグの条件を満
足するように超音波が発生できることを示している。
In this way, the ultrasonic transducer E used in the present invention
The AT is capable of generating ultrasonic waves APW of any frequency in any direction of the substrate SUS. Due to this feature, the acousto-optic device of the present invention can two-dimensionally deflect the incident light Li over a wide angle. Figure 7,
These operations will be explained using FIG. 8. FIG. 7 shows that in the embodiment shown in FIG. 1, ultrasonic waves can always be generated so as to satisfy Bragg's condition.

第7図(a)は高い周波数の超音波APWにより入射光
Liを偏向させる場合であり、この場合には超音波AP
Wの波長Δが小さくなるから、ブラッグの条件を満足さ
せるためには入射光Liの入射角θを大きくとらなけれ
ばならない、即ち、超音波APWを基板5tlB表面の
法線よりも入射光Liの入射側に傾けて伝搬するように
発生させることにより、超音波APWの波面と入射光L
iとをブラッグの条件を満たすようにすることができる
FIG. 7(a) shows a case where the incident light Li is deflected by a high frequency ultrasonic wave APW, and in this case, the ultrasonic wave APW
Since the wavelength Δ of W becomes smaller, the angle of incidence θ of the incident light Li must be set larger in order to satisfy Bragg's condition. In other words, the ultrasonic wave APW must be set so that the angle of incidence θ of the incident light Li is greater than the normal to the surface of the substrate 5tlB. The wavefront of the ultrasonic wave APW and the incident light L are generated by tilting toward the incident side and propagating.
i can be made to satisfy Bragg's condition.

第7図(b)は低い周波数の超音波APWにより光束を
偏向する場合を示し、この場合は超音波APWの波長Δ
が大きくなるため、ブラッグの条件を満足させるために
は、入射光L1の入射角θを小さくとらなければならな
い、従って、超音波APWを入射光Liの入射側と反対
に傾けて伝搬するように発生させることにより、この場
合も超音波APWの波面と入射光Liとのなす角θを、
ブラッグ角を満足するように設定することができる。
FIG. 7(b) shows a case where a light beam is deflected by a low frequency ultrasonic wave APW, and in this case, the wavelength Δ of the ultrasonic wave APW is
becomes large, so in order to satisfy Bragg's condition, the incident angle θ of the incident light L1 must be made small. Therefore, the ultrasonic wave APW should be propagated at an angle opposite to the incident side of the incident light Li. By generating, in this case as well, the angle θ between the wavefront of the ultrasonic wave APW and the incident light Li is
The Bragg angle can be set to satisfy.

先に説明した第11図に示す従来例では、超音波APW
の波面と入射光Liとの角度は予め設定した値で固定さ
れており、単一周波数でしかブラッグの条件を満たせな
いために、この周波数以外で回折効率の低下を生じてい
たが、本発明では第7図で説明したように常にブラッグ
の条件を満足しながら光偏向を行うことができる。更に
前述のように、本発明に用いる超音波トランスデユーサ
FATには形状による周波数帯域制限がないので、広い
帯域でこのようなブラッグ回折を行わせることができ、
偏向角を極めて広くすることが可能である。
In the conventional example shown in FIG. 11 described above, the ultrasonic APW
The angle between the wavefront and the incident light Li is fixed at a preset value, and the Bragg condition can only be satisfied at a single frequency, resulting in a decrease in diffraction efficiency at frequencies other than this.However, the present invention Now, as explained with reference to FIG. 7, light can be deflected while always satisfying the Bragg condition. Furthermore, as mentioned above, since the ultrasonic transducer FAT used in the present invention has no frequency band limitation due to its shape, such Bragg diffraction can be performed in a wide band.
It is possible to make the deflection angle extremely wide.

第8図は本発明に係る音響光学装置が従来のような一次
元偏向ではなく、二次元偏向を行うことが可能であるこ
とを示している。第8図(a)、(b)から明らかなよ
うに、超音波APWの波面を入射光Liと直角方向に傾
けることにより、入射光Liは超音波APWの周波数変
化による偏向方向と直角方向にも偏向され、これらの2
つの偏向方向を組み合わせることにより、二次元偏向が
可能となる。
FIG. 8 shows that the acousto-optic device according to the present invention is capable of two-dimensional deflection, rather than one-dimensional deflection as in the prior art. As is clear from FIGS. 8(a) and (b), by tilting the wavefront of the ultrasonic APW in a direction perpendicular to the incident light Li, the incident light Li is directed in a direction perpendicular to the deflection direction due to the frequency change of the ultrasonic APW. are also deflected, and these two
By combining two deflection directions, two-dimensional deflection becomes possible.

上述の実施例の説明においては、電子線を断続して超音
波を発生するには、電子線に強度変調がなされていれば
よく、例えば正弦波状の強度変調やデユーティ比が1対
l以外のパルス変調を用いることが可能である。
In the above embodiment, in order to generate ultrasonic waves by intermittent electron beam, it is sufficient that the electron beam is intensity modulated, for example, sinusoidal intensity modulation or duty ratio other than 1:l is used. It is possible to use pulse modulation.

また、二次元状に配置された電子線源EBSは、独立に
駆動することが可能であり、実施例ではこのような条件
のもとに説明を行った。しかし、駆動のための電極をマ
トリクス状に各電子線源EBSに共通に接続することに
より、二次元配列された電子線源EBSの任意の1個を
独立して駆動することも可能である。このような駆動方
法は電子線源EBSの数が多い場合や、配線や駆動の複
雑さを低減するために有効である。第9図はこのような
駆動の回路図であり、電子線源EBSには縦方向、横方
向にそれぞれ共通電極x1、x2、・・・、Yl、 Y
2・・・がマトリクス状に接続されており、電極x1、
x2、・・・は制御回路C0NTlに、電極Y1、Y2
・・・は制御回路C0NT2に接続されている0例えば
、制御回路C0NTl テ電極x3を、制御回路C0N
T2 テ電極Y4を選択することにより、電子線源EB
S34を選択して駆動することができる。
Furthermore, the two-dimensionally arranged electron beam sources EBS can be driven independently, and the examples have been described under such conditions. However, by commonly connecting electrodes for driving to each electron beam source EBS in a matrix, it is also possible to independently drive any one of the two-dimensionally arranged electron beam sources EBS. Such a driving method is effective when the number of electron beam sources EBS is large or for reducing the complexity of wiring and driving. FIG. 9 is a circuit diagram of such a drive, and the electron beam source EBS has common electrodes x1, x2, . . . , Yl, Y in the vertical and horizontal directions, respectively.
2... are connected in a matrix, and the electrodes x1,
x2, . . . are connected to the control circuit C0NTl, and the electrodes Y1, Y2
... is connected to the control circuit C0NT2. For example, the control circuit C0NTl TE electrode x3 is connected to the control circuit C0NT2.
By selecting electrode Y4, the electron beam source EB
S34 can be selected and driven.

このような駆動方法と上述のデユーティ比を好適に選ん
だ電子線のパルス変調による超音波発生とを組み合わせ
て本発明に適用することも可能である。即ち、実施例中
の電子線源EBS間の遅延時間でよりも、電子線源EB
Sを駆動するパルス幅を狭くすることにより、同一時刻
に駆動された電子線源EBSを1個のみとすることがで
きる。
It is also possible to apply a combination of such a driving method and ultrasonic wave generation by pulse modulation of an electron beam with a suitably selected duty ratio as described above to the present invention. That is, the delay time between the electron beam sources EB and EB in the embodiment is
By narrowing the pulse width for driving S, only one electron beam source EBS can be driven at the same time.

なお、これらの実施例において電子線発生装置EBHと
して前述のように特公昭54−30274号等に開示さ
れているものを用いたが、本発明に係る音響光学装置に
おいては電子線源は独立して駆動できさえすればよく木
質的な事柄ではない。
In these Examples, the electron beam generator EBH disclosed in Japanese Patent Publication No. 54-30274 was used as described above, but in the acousto-optic device according to the present invention, the electron beam source is independent. It's not a trivial matter as long as you can drive it.

従って、電子線源として他に知られているpn接合のネ
ガティブワークファンクションを用いたものや、フィー
ルドエミッション型等の固体電子線源を用いても本発明
は同様の効果が得られる。
Therefore, the present invention can obtain the same effect even if other known electron beam sources using a pn junction negative work function or solid state electron beam sources such as field emission type are used.

更に、実施例では二次元に等間隔に配置した電子線源E
BSを例示したが、等間隔でなくとも本発明に適用し得
ることも明らかである。
Furthermore, in the embodiment, electron beam sources E are arranged two-dimensionally at equal intervals.
Although BS is illustrated, it is clear that the present invention can be applied even if the BSs are not equally spaced.

[発明の効果] 以上説明したように本発明に係る音響光学装置は、二次
元配列された個別に制御し得る電子線源から発生した電
子線を、音響光学効果を有する媒質に照射することによ
って発生させた所望の超音波により入射光を偏向させる
ことにより、広い周波数範囲で常にブラッグの条件を満
足した回折を行わせることが可能となり、広い角度範囲
での光偏向を可能としている。更に、超音波の波面の制
御により超音波の周波数変化による偏向と直角方向への
偏向が可能となり、二次元光偏向を実現することができ
る。
[Effects of the Invention] As explained above, the acousto-optic device according to the present invention irradiates a medium having an acousto-optic effect with an electron beam generated from a two-dimensionally arranged individually controllable electron beam source. By deflecting incident light using the generated desired ultrasonic waves, it is possible to perform diffraction that always satisfies Bragg's conditions over a wide frequency range, making it possible to deflect light over a wide angular range. Furthermore, by controlling the wavefront of the ultrasonic wave, it becomes possible to deflect the ultrasonic wave by changing its frequency and to deflect it in a direction perpendicular to it, thereby realizing two-dimensional optical deflection.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

f51図は本発明に係る音響光学装置の実施例の概略構
成図、第2図は超音波トランスデユーサの概略構成図、
第3図〜第6図は超音波トランスデユーサの動作説明図
、第7図、第8図は音響光学効果の動作説明図、第9図
は電子線源を簡易に駆動する回路図、第10図、第11
図は従来の超音波光偏向器の概略構成図である。 符号SOBは音響光学効果を有する媒質、FATは超音
波トランスデユーサ、EBHは電子線発生装置、EBS
は電子線源、SCは高周波信号源、Dl、 D2は電極
、MACは加速電極である。 特許出願人   キャノン株式会社 第1図 第2図 第5図 (b) し く 〉 第6図 第7図 (b) N8図 莞11図 (b)
FIG.
Figures 3 to 6 are diagrams explaining the operation of the ultrasonic transducer; Figures 7 and 8 are diagrams explaining the operation of the acousto-optic effect; Figure 9 is a circuit diagram for simply driving the electron beam source; Figures 10 and 11
The figure is a schematic configuration diagram of a conventional ultrasonic optical deflector. Symbol SOB is a medium with an acousto-optic effect, FAT is an ultrasonic transducer, EBH is an electron beam generator, EBS
is an electron beam source, SC is a high frequency signal source, Dl and D2 are electrodes, and MAC is an accelerating electrode. Patent Applicant: Canon Corporation Figure 1 Figure 2 Figure 5 (b) Figure 6 Figure 7 (b) Figure N8 Figure 11 (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、独立して駆動できる複数個の電子線源を二次元配列
した電子線発生装置と、強度変調した電子線を個々の電
子線源から個別に発生し、音響光学効果を有する媒質に
照射して超音波を発生させる制御手段とを備えたことを
特徴とする音響光学装置。 2、前記制御手段は前記個々の電子線源が所望の時間だ
け遅延して駆動制御することを可能とした特許請求の範
囲第1項に記載の音響光学装置。
[Claims] 1. An electron beam generator in which a plurality of independently driven electron beam sources are two-dimensionally arranged, intensity-modulated electron beams are individually generated from each electron beam source, and an acousto-optic effect is achieved. an acousto-optic device comprising: a control means for generating ultrasonic waves by irradiating a medium with the ultrasonic waves; 2. The acousto-optic device according to claim 1, wherein the control means is capable of controlling the drive of each of the individual electron beam sources with a delay of a desired time.
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