KR100387228B1 - 회절효율이 증진된 음향광변조방법 및 장치 - Google Patents

회절효율이 증진된 음향광변조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 장치는, 음향광학특성이 있는 트랜스듀서를 적용하여 초음파를 발진시키고, 상기 트랜스듀서의 전극에 레이저 빔을 입사시킴에 따라, 상기 트랜스듀서의 전극에서 상기 초음파와 상기 레이저 빔이 상호 작용을 일으키는 음향광변조장치이다. 여기서, 상기 트랜스듀서의 전극이 상기 레이저 빔의 프로파일과 정합된 형태이다.

Description

회절효율이 증진된 음향광변조방법 및 장치
본 발명은 회절효율(diffraction efficiency)이 증진된 음향광변조방법 및 장치(AOM :Acousto-Optic Modulator)에 관한 것이다.
일반적으로 광기록용에 적용되는 음향광변조장치의 성능은 회절효율과 스위칭시간(Switching time)으로 평가되어진다. 음향광변조장치에 있어서광회절(Optical diffraction)이란, 음향광학특성이 있는 단결정 내부에서 발진되는 초음파(acoustic wave)와 입사되는 레이저 빔(LASER beam)이 상호 작용을 야기시킴으로써 나타나는 현상이다. 고성능의 음향광변조장치는 회절효율이 높아야 하며, 동시에 스위칭 시간도 짧아야 한다. 현재 통용되는 음향광변조기의 회절효율은 85 %이고 스위칭시간은 8 ns(nano-second) 정도이다. 공지된 이론에 의하면, 입사되는 레이저 빔이 평행한 상태일수록 회절효율은 높아지고, 레이저 빔의 폭이 작을수록 스위칭시간은 짧아지게 된다. 그러나 상기 두 성능을 동시에 증진시키는 조건 즉, 입사되는 레이저 빔의 폭이 작아지면서 더욱 평행한 상태가 된다는 것은 물리학적(物理學的)으로 모순이다. 따라서 공지된 이론에 의거하여 회절효율을 높이면 스위칭시간은 상대적으로 길어지고, 스위칭시간을 짧게하면 회절효율이 상대적으로 낮아지는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안해서 창안된 것으로, 스위칭시간을 유지시키면서 회절효율을 증진시킬 수 있는 음향광변조방법 및 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음향광변조방법은, 음향광학특성이 있는 트랜스듀서를 적용하여 초음파를 발진시키는 단계, 상기 트랜스듀서의 전극에 레이저 빔을 입사시키는 단계, 그리고 상기 트랜스듀서의 전극에서 상기 초음파와 상기 레이저 빔이 상호 작용을 일으키는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 트랜스듀서의 전극이 상기 레이저 빔의 프로파일과 정합된 형태이다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음향광변조장치는, 음향광학특성이 있는 트랜스듀서를 적용하여 초음파를 발진시키고, 상기 프랜스듀서의 전극에 레이저 빔을 입사시킴에 따라, 상기 트랜스듀서의 전극에서 상기 초음파와 상기 레이저 빔이 상호 작용을 일으키는 음향광변조장치이다. 여기서, 상기 트랜스듀서의 전극이 상기 레이저 빔의 프로파일과 정합된 형태이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
음향광변조장치에 있어서, 트랜스듀서의 전극 형태를 발진되는 레이저 빔의 프로파일에 맞게 설계하면, 스위칭시간을 유지시키면서 회절효율을 증진시킬 수 있다.
제1도는 레이저 빔의 프로파일을 나타내는 개략도이다. 제1도에서 f는 레이저 빔을 집적시키는 볼록렌즈; 2ω는 상기 볼록렌즈(f)에 입사되는 레이저 빔의 직경; 그리고 2ω0는 초점(focus)이 맞춰진 상태에서의 레이저 빔의 직경이다.
제1도에 도시된 바와 같이 레이저 빔의 발산 각도는 λ/ (πω0)가 된다. 상기 발산 각도를 트랜스듀서의 전극 형태로 적용함에 따라
여기서, λ는 레이저 빔의 파장이며, ω0는 초점(focus)이 맞춰진 상태에서의 레이저 빔의 반경이다. 상기 λ와 π는 상수(常數)가 되며, ω0는 다음과 같은 방법에 의하여 구할 수 있다.
전극 내의 회절 특성에 따라, 2ω0= vtτt의 공식이 성립된다. 여기서 vt는전극 내에서의 초음파속도이고, τt는 초음파가 레이저 빔의 직경( 2ω0)을 통과하는 시간이다. 대표적인 음향광학 단결정( TeO2)내에서 초음파 속도( vt)는 4200 m/sec 이다.
초음파가 레이저 빔의 직경( 2ω0)을 통과하는 시간( τt)을 구하기 위해서는 다음 공식이 적용된다. 즉, τt= 1.5 τs이다. 여기서 τs는 음향광변조장치의 스위칭시간이다. 8 ns의 스위칭시간( τs)을 적용하면, τt는 12 ns이다.
따라서 2ω0= vtτt= 4200 × 12 × 109= 50.4 × 10-6≒ 50 ㎛이다.
통상적인 레이저 빔의 파장은 532 nm이고, 레이저 빔의 발산 각도는 λ/ (πω0) = ( 532 × 10-9) / ( 25π × 10-6) = 6.8 × 10-3rad = 0. 4 °가 된다.
제2도는 본 발명에 의거하여 설계된 트랜스듀서의 전극 형태이다. 제2도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 트랜스듀서의 전극은 나비넥타이(Bow-tie) 형태를 취하게 된다.
제3도는 종래의 트랜스듀서에 대한 개략적 평면도이다. 제3도에 도시된 바와 같이 종래에는 다이아몬드(diamond) 형태를 취하고 있다.
제4도는 본 발명에 따른 트랜스듀서에 대한 개략적 평면도이다. 제3도와 제4도에서, 1은 음향광학특성이 있는 단결정; 2는 트랜스듀서 상에 전극물질이 입혀진 부분; 3은 트랜스듀서 상에 전극물질이 입혀지지 않는 부분; 그리고 4는 트랜스듀서 전극이다.
이상 설명된 바와 같이 본 발명에 의하면, 스위칭시간을 유지시키면서 회절효율을 증진시킬 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구 범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.
제1도는 레이저 빔의 프로파일을 나타내는 개략도이다.
제2도는 본 발명에 의거하여 설계된 트랜스듀서의 전극 형태이다.
제3도는 종래의 트랜스듀서에 대한 개략적 평면도이다.
제4도는 본 발명에 따른 트랜스듀서에 대한 개략적 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1... 음향광학특성이 있는 단결정,
2... 전극물질이 입혀진 부분,
3... 전극물질이 입혀지지 않는 부분,
4... 트랜스듀서 전극.

Claims (2)

  1. 음향광학특성이 있는 트랜스듀서를 적용하여 초음파를 발진시키는 단계,
    상기 트랜스듀서의 전극에 레이저 빔을 입사시키는 단계,
    그리고 상기 트랜스듀서의 전극에서 상기 초음파와 상기 레이저 빔이 상호 작용을 일으키는 단계를 포함하는 음향광변조방법에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 전극이 상기 레이저 빔의 프로파일과 정합된 형태인 음향광변조방법.
  2. 음향광학특성이 있는 트랜스듀서를 적용하여 초음파를 발진시키고, 상기 트랜스듀서의 전극에 레이저 빔을 입사시킴에 따라, 상기 트랜스듀서의 전극에서 상기 초음파와 상기 레이저 빔이 상호 작용을 일으키는 음향광변조장치에 있어서,
    상기 트랜스듀서의 전극이 상기 레이저 빔의 프로파일과 정합된 형태인 음향광변조장치.
KR1019950001571A 1995-01-27 1995-01-27 회절효율이 증진된 음향광변조방법 및 장치 KR100387228B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3998521A (en) * 1974-12-19 1976-12-21 Siemens Aktiengesellschaft Linear data input transducer

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