KR870001263B1 - 초음파를 이용한 레이저 광 변조장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초음파를 이용한 레이저 광 변조장치

제1도는 종래의 초음파를 이용한 레이저 광 변조장치의 개략도.

제2도는 초음파 셀 매질의 밀도 분포에 따른 작용상태 설명도.

제3도는 본 발명에서 초음파의 압력을 계산하는 방법을 보인 좌표계.

제4도는 초음파 셀의 중심축상에서의 초음파의 압력 분포도.

제5도는 본 발명의 초음파를 이용한 레이저 광 변조장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 광 2 : 초음파 셀

3 : 신호발생기 4 : 전력 증폭기

5 : 트랜스 듀서

본 발명은 초음파를 이용하여 레이저광을 보다 효율적으로 변조시키기 위한 레이저 광 변조장치에 관한 것이다.

초음파를 이용한 레이저 광의 변조는, 레이저 표시기(Laser Display), 일레스토그램(Elastogram)의 제작, 초음파의 시각표상(Visualization)에 사용되고 있고, 이러한 레이저 광을 변조시키는 일반적인 장치는 제1도에 도시한 바와같이, R.G.B 레이저광 (1)과 초음파를 잘 전파시킬 수 있는 매질로 구성된 초음파 셀(2) 및 신호발생기(3), 전력증폭기(4), 디스크모양을 하고 초음파를 발생시키는 X-절단수정 트랜스듀서(5)로 구성되어 있는 것으로, 트랜스 듀서(5)와 초음파 셀(2)의 중심축(P)이 정확히 일치하였을 때 초음파는 초음파 셀(2)속에서 제2도에 도시한 바와같이 연속적인 소(2a)와 밀(2b)의 분포를 갖게되고, 그 강약의 정도는 신호발생기(3)의 출력신호에 따라 전력증폭기(4)에서 트랜스듀서(5)에 공급해주는 전력에 의해 조절된다. 즉, 초음파 셀(2)에 입사된 레이저광(1)은 초음파면(2c)에서 일부는 반사(1a)되고, 일부는 투과(1b)되는데, 반사광(1a)의 강도(Ir)는 트랜스듀서(5)에 공급되는 전력이 0에서부터 최대치로 되는데 비례하여 0에서부터 최대치까지 변조되어 편향기(6)를 거쳐 스크린(7)에 도달하게 된다.

이러한 종래의 레이저 광 변조장치에 있어서 레이저 광(1)을 효율적으로 변조시키기 위해서는,

첫째로, 초음파셀(2)의 윗면(2d)과 밑면(2e) 사이에서 초음파가 항상 정상파 (Standing Wave) 형태로 존재하도록 초음파셀(2)의 높이(H)를 초음파의 반파장(λ/ 2)의 정수(n)배가 되도록 하고,

H=nλ//2 ………………………………(1)

둘째로, 초음파셀(2)의 윗면(2d)과 밑면(2e)을 파장차수(order) 범위내에서 평행하도록 하며,

2d/2e …………………………………(2)

셋째로, 초음파셀(2)의 지름(D)이 λ²/(여기서, λ는 초음파의 파장이고, ∧는 레이저 광(1)의 파장이다)보다 크도록하고,

D≫λ²/ ∧………………………………(3)

넷째로, 초음파셀(2)의 양측면(2f)(2g)에서 유발되는 측면효과(Sidewell-effect)의 영향이 무시되도록 중심축(P)상의 한점(P₁)에 레이저광(1)을 입사하여야 하는 등 많은 제약이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여, 종래의 광 변조에서 아무런 제약을 받지 않는 트랜스듀서(5)로부터 레이저광(1)이 입사하는 초음파셀(2)의 중심축(P)상 한점(P₁)까지의 수직거리(h)를 초음파의 근거리 영역(Near-Field)과 원거리 영역(Far-Field )의 경계가 되는 곳(h=hc)으로 제한함으로써 변조효율을 향상시키게 발명한 것으로, 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

초음파 셀(2)의 중심축(P)상의 한점(P₁)에서 초음파의 압력 P₁(h,t)은 제3도에 도시한 바와같은 좌표계에서,

여기서, h는 트랜스듀서(5)로부터 한점(P₁)까지의 수직거리

t는 시간, ρ₀는 매질의 밀도, v는 매질속에서 초음파의 속도, U₀는 트랜스듀서 (5)의 속력진폭, k는 파수, ω는 진동수, a는 트랜스듀서(5)의 반지름, i는 허수단위이다.

이고,

압력의 크기 │P₁(h)│는 상기(4)으로부터,

가 된다.

그런데, 상기 식(5)에서, 수직거리(h)가 영(0)에서 무한대(∞)로 변함에 따라, 즉 입사광(1)의 위치(P₁)가 초음파셀(2)의 밑면(2e)의 중심에서 윗면(2d)의 중심으로 변함에 따라, 0과 2ρ₀ⅴU₀사이에서 변동한다. 이것을 그래프로 나타내면 제4도에 도시한 바와같다.

제4도에는 h_c는 근거리 영역(I)과 원거리 영역(II)의 경계가 되고, 또 초음파의 압력이 최대가 되는 곳으로, 트랜스듀서(5)의 반지름을 a, 트랜스듀서(5)에서 발생되는 초음파의 파장을 λ라 할 때,

으로 표현된다.

또한, 상기의 레이저광 변조장치에 있어서 레이저광(1)이 입사되어 반사(1a)와 투과(1b)현상으로 뚜렷한 차가 나기 위해서는 레이저광(1)이 입사되는 부분의 초음파 압력이 최대가 되어야 할 필요가 있고, 이 초음파 압력이 최대가 되는 곳으로 입사한 레이저광(1)은 신호발생기(3)가 온(ON)되는 순간에는 반사되고 신호발생기(3)가 오프되는 순간에는 투과(1b)되어진다.

초음파의 압력이 최대가 되는 곳은 제4도에 도시한 바와같은 근거리 영역(I)에 2-3개소(최대폭 W₁) 존재하고 근거리 영역(I)과 원거리 영역(II)의 경계가 되는 곳에 (h_c)에 1개소(폭 W₂) 존재하는데 경계가 되는 곳(h_c)의 폭(W₂)이 가장 넓고 균일성이 있게된다.

따라서, 제5도에 도시한 바와같이 트랜스듀서(5)로부터 레이저광(1)이 입사하는 중심축(P)상의 한점(P₁)까지의 수직거리(h)를 초음파의 근거리 영역(I)과 원거리 영역(II)의 경계가 되는 곳, 즉 상기 식(6)으로하면 이곳에서의 초음파의 최대압력이 전력증폭기(4)에서 조절되는 강도와 중첩이 되므로 반사광(a1)의 강도(Ir)가 종래의 장치에 비하여 증가하게 되고, 이에 따라 같은 전력하에서도 레이저광(1)의 변조를 보다 효율적으로 할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (정정) 신호발생기(3)의 출력신호에 따른 전력증폭기(4)의 공급 전력에 의해 트랜스듀서(5)에서 초음파를 발생하고, 그 초음파에 의해 레이저광(1)을 초음파셀(2)에서 광 변조시키는 장치에 있어서, 트랜스듀서(5)로 부터 레이저광(1)이 입사되는 초음파셀(2)의 중심축(P)상의 한 점(P₁)까지의 수직거리(h)를 초음파의 근거리영역(I)과 원거리영역(II)의 경계가 되는 곳(h_c)인 다음식(6)의 값으로 제한하여 초음파셀(6) (2)을 구성함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 레이저 광 변조장치.

   

   여기서, a는 트랜스듀서(5)의 반지름이고, λ는 초음파의 파장이다.

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