RU114382U1 - ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT - Google Patents
ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU114382U1 RU114382U1 RU2012100334/28U RU2012100334U RU114382U1 RU 114382 U1 RU114382 U1 RU 114382U1 RU 2012100334/28 U RU2012100334/28 U RU 2012100334/28U RU 2012100334 U RU2012100334 U RU 2012100334U RU 114382 U1 RU114382 U1 RU 114382U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wedge
- shaped layer
- photoelastic medium
- capacitive
- photoelastic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
1. Акустооптический элемент Брэгга, состоящий из фотоупругой среды, на которой расположен многоэлементный электроакустический преобразователь, образованный периодической последовательностью размещенных в ряд электрически соединенных емкостных элементов с заполнением в виде пьезоэлектрического слоя, где каждый из емкостных элементов нанесен на отдельный акустически соединенный с фотоупругой средой клиновидный слой, отличающийся тем, что клиновидный слой между электродом каждого емкостного элемента со стороны фотоупругой среды и поверхностью фотоупругой среды выполнен из звукопроводящего материала с акустическим импедансом, величина которого имеет наиболее близкое значение к величине акустического импеданса фотоупругой среды, причем линейно изменяющаяся вдоль направления распространения светового пучка толщина клиновидного слоя определяется выражением ! , ! где ν - скорость акустической волны в клиновидном слое, p - период расположения емкостных элементов, f0 - центральная частота рабочего диапазона элемента Брэгга, x - расстояние в направлении распространения светового пучка от края емкостного элемента до точки определения толщины клиновидного слоя, k - коэффициент, который равен 1 при синфазном включении емкостных элементов преобразователя, и равен 2 при их противофазном включении. ! 2. Акустооптический элемент Брэгга по п.1, отличающийся тем, что клиновидный слой и электрод каждого емкостного элемента со стороны фотоупругой среды выполнены из одного и того же электропроводящего материала и являются единым конструктивным элементом. 1. Acousto-optical Bragg element, consisting of a photoelastic medium, on which a multi-element electroacoustic transducer is located, formed by a periodic sequence of electrically connected capacitive elements placed in a row with filling in the form of a piezoelectric layer, where each of the capacitive elements is deposited on a separate wedge-shaped layer acoustically connected to the photoelastic medium characterized in that the wedge-shaped layer between the electrode of each capacitive element on the side of the photoelastic medium and the surface of the photoelastic medium is made of a sound-conducting material with an acoustic impedance, the value of which has the closest value to the value of the acoustic impedance of the photoelastic medium, and the thickness linearly changing along the direction of propagation of the light beam wedge-shaped layer is defined by the expression! ,! where ν is the speed of the acoustic wave in the wedge-shaped layer, p is the period of the capacitive elements, f0 is the central frequency of the operating range of the Bragg element, x is the distance in the direction of propagation of the light beam from the edge of the capacitive element to the point of determining the thickness of the wedge-shaped layer, k is the coefficient is equal to 1 when the capacitive elements of the converter are connected in phase, and equal to 2 if they are connected in antiphase. ! 2. Acousto-optical Bragg element according to claim 1, characterized in that the wedge-shaped layer and the electrode of each capacitive element from the side of the photoelastic medium are made of the same electrically conductive material and are a single structural element.
Description
Полезная модель относится к акустооптике и может быть использована в приборах отклонения и модуляции лазерных пучков, и, в частности, при разработке элементов ввода информации в устройствах оптической обработки радиосигналов.The utility model relates to acousto-optics and can be used in devices for deflecting and modulating laser beams, and, in particular, in the development of information input elements in devices for optical processing of radio signals.
Известен акустооптический элемент Брэгга, состоящий из фотоупругой среды с поверхностью, на которой расположен многоэлементный электроакустический преобразователь, выполненной в виде ступенчатой структуры. Высота ступенек для реализации противофазного преобразователя с одним акустическим лепестком диаграммы направленности выбирается равной половине длины акустической волны. Период следования ступенек обратно пропорционален квадрату центральной частоты рабочего диапазона элемента Брэгга (патент США №3493759, опубл. 03.02.70., МПК: Н04b 9/00; G02F 1/28). Акустооптический элемент Брэгга такой конструкции может работать на частотах до нескольких десятков мегагерц. Преобразователь элемента Брэгга, предназначенного для работы в верхней части дециметрового диапазона длин радиоволн должен иметь ступеньки высотой 1-5 мкм и периодом следования 10-200 мкм.Known acousto-optical Bragg element, consisting of a photoelastic medium with a surface on which is located a multi-element electro-acoustic transducer, made in the form of a stepped structure. The height of the steps for the implementation of the antiphase converter with one acoustic lobe of the radiation pattern is chosen equal to half the length of the acoustic wave. The period of the steps is inversely proportional to the square of the central frequency of the working range of the Bragg element (US patent No. 3493759, publ. 03.02.70., IPC: H04b 9/00; G02F 1/28). The Bragg acousto-optic element of this design can operate at frequencies up to several tens of megahertz. The Bragg transducer intended for operation in the upper part of the decimeter wavelength range should have steps 1-5 microns high and a repetition period of 10-200 microns.
Известен также акустооптический элемент Брэгга, в котором многоэлементный электроакустический преобразователь расположен на поверхности фотоупругой среды с поперечным профилем в виде меандра. Высота ступенек меандра должна составлять четверть длины акустической волны, а период меандра, также как и в предыдущем устройстве, обратно пропорционален квадрату центральной частоты рабочего диапазона элемента Брэгга (патент США №4671620, опубл. 09.06.87., МПК: G02F 1/11). Преобразователь элемента Брэгга такой конструкции, рассчитанного для работы в верхней части дециметрового диапазона длин радиоволн и выше должен иметь характерные геометрические размеры (высота и период профиля поверхности типа меандр) от одного до нескольких десятков микрометров.The Bragg acousto-optical element is also known, in which a multi-element electro-acoustic transducer is located on the surface of a photoelastic medium with a transverse profile in the form of a meander. The height of the steps of the meander should be a quarter of the length of the acoustic wave, and the period of the meander, as in the previous device, is inversely proportional to the square of the center frequency of the operating range of the Bragg element (US patent No. 4671620, publ. 09.06.87., IPC: G02F 1/11) . A transducer of a Bragg element of such a design, designed to operate in the upper part of the decimeter range of radio waves and above, must have characteristic geometric dimensions (height and period of the surface profile of the meander type) from one to several tens of micrometers.
Недостатком указанных устройств, предназначенных для работы на частотах дециметрового и сантиметрового диапазонов, является крайне высокая технологическая сложность изготовления плоских полированных ступенчатых поверхностей таких малых размеров на кристаллической фотоупругой среде.The disadvantage of these devices, designed to operate at frequencies of the decimeter and centimeter ranges, is the extremely high technological complexity of manufacturing flat polished stepped surfaces of such small dimensions on a crystalline photoelastic medium.
Известен также многоэлементный сканирующий преобразователь объемных акустических волн, предназначенный для возбуждения акустических волн в фотоупругой среде элемента Брэгга. Противофазный преобразователь нанесен на плоскую поверхность фотоупругой среды и внутренний электрод (со стороны фотоупругой среды) каждого емкостного элемента выполнен двухступенчатым (авторское свидетельство SU №1434566, опубл. 30.10.88., МПК: H04R 17/00). Высота ступеньки составляет четверть длины акустической волны. Предполагается, что большая часть акустической энергии, возбуждаемой таким преобразователем, должна быть сосредоточена в одном, сканирующем при изменении частоты, лепестке диаграммы направленности.Also known is a multi-element scanning transducer of bulk acoustic waves, designed to excite acoustic waves in the photoelastic medium of the Bragg element. An out-of-phase converter is deposited on a flat surface of the photoelastic medium and the internal electrode (on the side of the photoelastic medium) of each capacitive element is made two-stage (copyright certificate SU No. 1444566, publ. 30.10.88., IPC: H04R 17/00). The height of the step is a quarter of the length of the acoustic wave. It is assumed that most of the acoustic energy excited by such a transducer should be concentrated in one scanning lobe of the radiation pattern when the frequency changes.
Недостаток устройства заключается в том, что две отличающиеся по толщине на четверть длины акустической волны части нижнего электрода каждого емкостного элемента, сдвигая по-разному частотную характеристику резонансного полуволнового преобразователя, образованного заключенным между верхним и нижним электродами емкостного элемента пьезоэлектрическим слоем, в область более низких частот, оказывают разное воздействие на частотные характеристики двух половинок элементарного преобразователя. В результате максимумы излучения двух частей элементарного преобразователя приходятся на разные частоты. Это обстоятельство, а также то, что элементарный излучатель имеет двухступенчатую структуру, приводит к тому, что такой элементарный преобразователь не генерирует квазиплоскую акустическую волну. Доля акустической энергии в рабочем лепестке диаграммы направленности многоэлементного преобразователя существенно уменьшается, и соответственно уменьшается эффективность дифракции акустооптического элемента Брэгга с таким преобразователем.The disadvantage of this device is that two parts of the lower electrode of each capacitive element, differing in thickness by a quarter of the acoustic wavelength, shifting the frequency response of the resonant half-wave transducer formed between the upper and lower electrodes of the capacitive element by the piezoelectric layer in different ways to lower frequencies have different effects on the frequency characteristics of the two halves of the elementary transducer. As a result, the radiation maxima of the two parts of the elementary converter are at different frequencies. This circumstance, as well as the fact that the elementary radiator has a two-stage structure, leads to the fact that such an elementary transducer does not generate a quasi-plane acoustic wave. The fraction of acoustic energy in the working lobe of the radiation pattern of a multi-element transducer is significantly reduced, and accordingly the diffraction efficiency of the Bragg acousto-optical element with such a transducer decreases.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является акустооптический элемент Брэгга, состоящий из фотоупругой среды, на которой расположен многоэлементный электроакустический преобразователь, образованный периодической последовательностью размещенных в ряд электрически соединенных емкостных элементов с заполнением в виде пьезоэлектрического слоя, где каждый из емкостных элементов нанесен на отдельный акустически соединенный с фотоупругой средой клиновидный слой (патент США №4146955, опубл. 03.04.79., МПК: H04R 31/00).The closest to the useful model in technical essence is the Bragg acousto-optical element, consisting of a photoelastic medium on which a multi-element electro-acoustic transducer is located, formed by a periodic sequence of electrically connected capacitive elements placed in a row with filling in the form of a piezoelectric layer, where each of the capacitive elements is applied to a separate acoustically connected to the photoelastic medium, the wedge-shaped layer (US patent No. 4146955, publ. 03.04.79., IPC: H04R 31/00).
Недостатком устройства, предназначенного для работы на частотах дециметрового и сантиметрового диапазонов длин радиоволн, является крайне высокая технологическая сложность изготовления клиновидных слоев в виде кристаллических подложек толщиной 2 мкм и менее с поперечными размерами менее 200 мкм и последующего их нанесения в ряд на кристаллическую фотоупругую среду. Использование в данном устройстве в качестве клиновидного слоя кристаллической подложки из материала с акустическим импедансом, сильно отличающимся от акустического импеданса фотоупругой среды (от 0,5 до 1,5 от значения акустического импеданса пьезоэлектрического слоя) приводит к тому, что различные участки каждого емкостного элемента, соответствующие разной толщине клиновидного слоя, на одной и той же частоте излучают акустические волны с амплитудами, отличающимися в несколько раз (Полотнягин В.А. К теории возбуждения СВЧ-упругих волн многопленочными преобразователями (учет влияния металлических и диэлектрических слоев) / В.А.Полотнягин, В.Н.Шевчик // Радиотехника и электроника. 1972, Т. 17, №6, С.1260-1268.). Значительно изменяющаяся по апертуре преобразователя амплитуда излучаемой акустической волны не позволяет в таких элементах Брэгга верхней части дециметрового и сантиметрового диапазонов длин радиоволн сформировать диаграмму направленности электроакустического преобразователя в виде одного акустического лепестка, что приводит к снижению эффективности дифракции.A disadvantage of the device designed to operate at the frequencies of the decimeter and centimeter ranges of radio wavelengths is the extremely high technological complexity of manufacturing wedge-shaped layers in the form of crystalline substrates with a thickness of 2 μm or less with transverse dimensions of less than 200 μm and their subsequent application in a row on a crystalline photoelastic medium. The use in this device as a wedge-shaped layer of a crystalline substrate made of a material with an acoustic impedance that is very different from the acoustic impedance of a photoelastic medium (from 0.5 to 1.5 from the value of the acoustic impedance of the piezoelectric layer) leads to the fact that different sections of each capacitive element corresponding to different thicknesses of the wedge-shaped layer at the same frequency emit acoustic waves with amplitudes that differ several times (Polotnyagin V.A. to the theory of excitation of microwave elastic waves nogoplenochnymi transducers (keeping effect of metal and dielectric layers) / V.A.Polotnyagin, V.N.Shevchik // Radiotekh. 1972, T. 17, №6, S.1260-1268.). The amplitude of the emitted acoustic wave, which varies significantly over the aperture of the transducer, does not allow the formation of the directivity pattern of the electro-acoustic transducer in the form of a single acoustic lobe in such Bragg elements of the upper decimeter and centimeter wavelength ranges, which leads to a decrease in diffraction efficiency.
Задачей заявляемой полезной модели является существенное упрощение конструкции, допускающей относительно простую реализацию устройства на высоких частотах, и повышение эффективности дифракции элемента Брэгга.The objective of the claimed utility model is a significant simplification of the design, allowing a relatively simple implementation of the device at high frequencies, and increasing the diffraction efficiency of the Bragg element.
Поставленная задача решается тем, что в акустооптическом элементе Брэгга, состоящем из фотоупругой среды, на которой расположен многоэлементный электроакустический преобразователь, образованный периодической последовательностью размещенных в ряд электрически соединенных емкостных элементов с заполнением в виде пьезоэлектрического слоя, где каждый из емкостных элементов нанесен на отдельный акустически соединенный с фотоупругой средой клиновидный слой, клиновидный слой между электродом каждого емкостного элемента со стороны фотоупругой среды и поверхностью фотоупругой среды выполнен из звукопроводящего материала с акустическим импедансом, величина которого имеет наиболее близкое значение к величине акустического импеданса фотоупругой среды, причем линейно изменяющаяся вдоль направления распространения светового пучка толщина клиновидного слоя определяется выражением:The problem is solved in that in the Bragg acousto-optic element, consisting of a photoelastic medium on which a multi-element electro-acoustic transducer is located, formed by a periodic sequence of electrically connected capacitive elements placed in a row with filling in the form of a piezoelectric layer, where each of the capacitive elements is applied to a separate acoustically connected with a photoelastic medium, a wedge-shaped layer, a wedge-shaped layer between the electrode of each capacitive element on the ph side elastic medium and the surface of the photoelastic medium made of sound-conducting material having an acoustic impedance whose value is the value closest to the value of the acoustic impedance of the photoelastic medium, and linearly varying along the propagation direction of the light beam a wedge-shaped layer thickness is determined by the expression:
где ν - скорость акустической волны в клиновидном слое, р - период расположения емкостных элементов, fo - центральная частота рабочего диапазона элемента Брэгга, х - расстояние в направлении распространения светового пучка от края емкостного элемента до точки определения толщины клиновидного слоя, k - коэффициент, который равен 1 при синфазном включении емкостных элементов преобразователя, и равен 2 при их противофазном включении.where ν is the speed of the acoustic wave in the wedge-shaped layer, p is the period of location of the capacitive elements, f o is the central frequency of the working range of the Bragg element, x is the distance in the direction of propagation of the light beam from the edge of the capacitive element to the point of determining the thickness of the wedge-shaped layer, k is the coefficient, which is equal to 1 when in-phase inclusion of capacitive elements of the Converter, and equal to 2 when they are in-phase inclusion.
Клиновидный слой и электрод каждого емкостного элемента со стороны фотоупругой среды выполнены из одного и того же электропроводящего материала и являются единым конструктивным элементом.The wedge-shaped layer and the electrode of each capacitive element from the side of the photoelastic medium are made of the same electrically conductive material and are a single structural element.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид заявляемого акустооптического элемента Брэгга, фиг.2 - схема расположения отдельных емкостных элементов с заполнением в виде пьезоэлектрического слоя и электропроводящим клиновидным слоем между пьезоэлектрическим слоем и фотоупругой средой в электроакустическом преобразователе элемента Брэгга.The proposed utility model is illustrated by the drawings: FIG. 1 is a general view of the inventive acousto-optic Bragg element, FIG. 2 is an arrangement of individual capacitive elements filled in the form of a piezoelectric layer and an electrically conductive wedge-shaped layer between the piezoelectric layer and the photoelastic medium in the electro-acoustic transducer of the Bragg element.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - фотоупругая среда элемента Брэгга, 2 - пьезоэлектрический слой, 3 - электропроводящий клиновидный слой, 4 - падающий световой пучок, 5 - внешний электрод емкостного элемента электроакустического преобразователя, 6 - источник электромагнитного сигнала, 7 - акустическая волна, 8 - дифрагированный световой пучок.The positions in the drawings indicate: 1 - the photoelastic medium of the Bragg element, 2 - the piezoelectric layer, 3 - the electrically conductive wedge-shaped layer, 4 - the incident light beam, 5 - the external electrode of the capacitive element of the electro-acoustic transducer, 6 - the source of the electromagnetic signal, 7 - acoustic wave, 8 - diffracted light beam.
Предлагаемый акустооптический элемент Брэгга (фиг.1) включает фотоупругую среду 1, на которой расположен многоэлементный электроакустический преобразователь, образованный последовательностью размещенных в ряд емкостных элементов с заполнением в виде пьезоэлектрического слоя 2. Клиновидный слой 3 и электрод каждого емкостного элемента со стороны фотоупругой среды, выполненные из одного и того же электропроводящего материала с акустическим импедансом, величина которого имеет наиболее близкое значение к величине акустического импеданса фотоупругой среды 1, образуют единый конструктивный элемент, акустически соединенный с фотоупругой средой 1. Каждый клиновидный слой 3 имеет толщину h (фиг.2), линейно изменяющуюся вдоль направления распространения падающего светового пучка 4 в соответствии с выражением:The proposed Bragg acousto-optical element (Fig. 1) includes a photoelastic medium 1 on which a multi-element electro-acoustic transducer is located, formed by a sequence of capacitive elements arranged in a row filled with a piezoelectric layer 2. The wedge-shaped layer 3 and the electrode of each capacitive element from the side of the photoelastic medium are made from the same conductive material with acoustic impedance, the value of which has the closest value to the value of acoustic impedance and photoelastic medium 1 to form a single structural element acoustically connected to photoelastic medium 1. Each wedge layer 3 has a thickness h (Figure 2) varying linearly along the propagation direction of the incident light beam 4 in accordance with the expression:
где ν - скорость акустической волны в клиновидном слое 3, р - период расположения емкостных элементов, fo - центральная частота рабочего диапазона элемента Брэгга, х - расстояние в направлении распространения светового пучка 4 от края емкостного элемента до точки определения толщины клиновидного слоя 3, k - коэффициент, который равен 1 при синфазном включении емкостных элементов электроакустического преобразователя (как показано на фиг.1), и равен 2 при их противофазном включении (на чертежах не показано). С внешней стороны каждый емкостной элемент электроакустического преобразователя содержит электрод 5. Внешние электроды 5 и электропроводящие клиновидные слои 3 могут быть соединены между собой так, чтобы образовывать систему синфазно или противофазно включенных емкостных элементов.where ν is the speed of the acoustic wave in the wedge-shaped layer 3, p is the period of location of the capacitive elements, f o is the central frequency of the working range of the Bragg element, x is the distance in the direction of propagation of the light beam 4 from the edge of the capacitive element to the point of determining the thickness of the wedge-shaped layer 3, k - coefficient, which is equal to 1 when in-phase inclusion of capacitive elements of the electro-acoustic transducer (as shown in figure 1), and equal to 2 when they are in-phase inclusion (not shown in the drawings). On the outside, each capacitive element of the electro-acoustic transducer contains an electrode 5. The external electrodes 5 and the electrically conductive wedge-shaped layers 3 can be interconnected so as to form a system of in-phase or in-phase connected capacitive elements.
Устройство работает следующим образом. При подаче на емкостной элемент электроакустического преобразователя электромагнитного сигнала от источника 6, в пьезоэлектрическом слое 2 за счет обратного пьезоэффекта возникают механические колебания с частотой электромагнитного сигнала. Эти механические колебания распространяются в направлении фотоупругой среды 1 и проходят сквозь клиновидный слой 3. Поскольку клиновидный слой 3 выполнен из электропроводящего материала с акустическим импедансом, практически совпадающим с акустическим импедансом фотоупругой среды 1, то акустические волны проходят границу раздела между клиновидным слоем 3 и фотоупругой средой 1, не испытывая отражения от этой границы. Вследствие этого частотная характеристика элементарного преобразователя, образованного каждым емкостным элементом, не зависит от толщины клиновидного слоя 3, а определяется толщинами пьезоэлектрического слоя 2, электрода 5 и акустическими импедансами этих слоев и фотоупругой среды. Поэтому все участки емкостного элемента генерируют акустические волны одинаковой амплитуды. Так как пьезоэлектрический слой 2 расположен на клиновидном слое 3, то поверхность результирующего волнового фронта излучаемой акустической волны 7 составляет с плоской поверхностью фотоупругой среды 1, на которой расположен преобразователь, угол, величина которого зависит от перепада толщины клиновидного слоя 3 на период следования емкостных элементов р (фиг.2). Выбирая, например, при синфазном включении емкостных элементов, максимальную толщину клиновидного слоя h, равную длине акустической волны, излучаемой на центральной частоте, а минимальную толщину равную нулю, можно получить акустическую волну 7 с практически плоским результирующим волновым фронтом. При изменении частоты электромагнитного сигнала будет меняться и длина возбуждаемой акустической волны, а, следовательно, и угол наклона ее результирующего волнового фронта. В итоге получаем диаграмму направленности преобразователя, состоящую практически из одного лепестка, который сканирует по углу при изменении частоты акустической волны 7. В результате концентрации акустической энергии в одном узком лепестке диаграммы направленности электроакустического преобразователя эффективность дифракции падающего светового пучка 4 на акустических волнах 7 существенно увеличивается. Для реализации эффективной дифракции Брэгга в широкой полосе частот необходимо чтобы на любой частоте диапазона угол между падающим световым пучком 4 и волновым фронтом акустической волны 7 был равен углу Брэгга, который, как известно, изменяется линейно при изменении частоты акустическойволны. В случае ограниченной длины преобразователя сканирование акустического лепестка при изменении частоты акустической волны позволяет выполнить условие Брэгга в широкой полосе частот без существенного снижения максимальной дифракционной эффективности элемента Брэгга.The device operates as follows. When applying to the capacitive element of the electro-acoustic transducer an electromagnetic signal from source 6, in the piezoelectric layer 2 due to the inverse piezoelectric effect, mechanical vibrations occur with the frequency of the electromagnetic signal. These mechanical vibrations propagate in the direction of the photoelastic medium 1 and pass through the wedge-shaped layer 3. Since the wedge-shaped layer 3 is made of an electrically conductive material with an acoustic impedance almost coinciding with the acoustic impedance of the photoelastic medium 1, the acoustic waves pass the interface between the wedge-shaped layer 3 and the photoelastic medium 1 without experiencing reflection from this boundary. As a result of this, the frequency response of the elementary transducer formed by each capacitive element does not depend on the thickness of the wedge-shaped layer 3, but is determined by the thicknesses of the piezoelectric layer 2, electrode 5 and the acoustic impedances of these layers and the photoelastic medium. Therefore, all sections of the capacitive element generate acoustic waves of the same amplitude. Since the piezoelectric layer 2 is located on the wedge-shaped layer 3, the surface of the resulting wavefront of the emitted acoustic wave 7 makes up with the flat surface of the photoelastic medium 1, on which the transducer is located, an angle whose magnitude depends on the difference in the thickness of the wedge-shaped layer 3 for the period of repetition of capacitive elements p (figure 2). Choosing, for example, when the capacitive elements are switched in-phase, the maximum thickness of the wedge-shaped layer h, equal to the length of the acoustic wave emitted at the center frequency, and the minimum thickness equal to zero, we can obtain acoustic wave 7 with a practically flat resulting wavefront. When the frequency of the electromagnetic signal changes, the length of the excited acoustic wave will also change, and, consequently, the angle of inclination of its resulting wavefront. As a result, we obtain the directivity pattern of the transducer, which consists of almost one lobe that scans in angle when the frequency of the acoustic wave 7 changes. As a result of the concentration of acoustic energy in one narrow lobe of the directivity pattern of the electro-acoustic transducer, the diffraction efficiency of the incident light beam 4 on acoustic waves 7 increases significantly. To implement effective Bragg diffraction in a wide frequency band, it is necessary that at any frequency in the range, the angle between the incident light beam 4 and the wavefront of the acoustic wave 7 is equal to the Bragg angle, which, as you know, changes linearly with changing frequency of the acoustic wave. In the case of a limited transducer length, scanning the acoustic lobe when changing the frequency of the acoustic wave makes it possible to fulfill the Bragg condition in a wide frequency band without significantly reducing the maximum diffraction efficiency of the Bragg element.
Для экспериментальной проверки возможности создания высокочастотного акустооптического элемента Брэгга предлагаемой конструкции и его работоспособности был изготовлен образец устройства на основе кристалла ниобата лития (LiNbO3). Ориентация кристалла была такова, что продольная акустическая волна, генерируемая преобразователем, распространялась вдоль оси Х (акустический импеданс такой фотоупругой среды Z=30,4·106 кг/м2с). Направление распространения излучения He-Ne лазера (λ0=632,8 нм) составляло угол 36° с осью Y и 54° с осью Z. Клиновидный слой каждого емкостного элемента был выполнен из цинка (Zn) (акустический импеданс Z=29,6·106 кг/м2с). Его толщина изменялась от нуля до 2,4 мкм. Поверх клиновидного слоя был нанесен пьезоэлектрический слой оксида цинка (ZnO) толщиной 1,5 мкм. Внешние электроды каждого емкостного элемента толщиной 0,2 мкм выполнены из алюминия (AT). Преобразователь содержал 36 элементов, расположенных на плоской поверхности кристалла ниобата лития в ряд с периодом следования p=100 мкм. Размер акустического пучка в направлении перпендикулярном плоскости дифракции составлял 250 мкм. Исследование диаграммы направленности преобразователя данного элемента Брэгга при угловой расстройке показало, что преобразователь излучает акустическую энергию практически в один лепесток, на котором и происходит эффективная дифракция падающего светового пучка. Элемент Брэгга с указанными параметрами работал в полосе частот 500 МГц с центральной частотой 1,75 ГГц при максимальной эффективности дифракции 8%/Вт.To experimentally test the feasibility of creating a Bragg high-frequency acousto-optical element of the proposed design and its operability, a device model based on a lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) was manufactured. The orientation of the crystal was such that the longitudinal acoustic wave generated by the transducer propagated along the X axis (the acoustic impedance of such a photoelastic medium is Z = 30.4 · 10 6 kg / m 2 s). The propagation direction of the He-Ne laser radiation (λ 0 = 632.8 nm) was 36 ° with the Y axis and 54 ° with the Z axis. The wedge-shaped layer of each capacitive element was made of zinc (Zn) (acoustic impedance Z = 29.6 · 10 6 kg / m 2 s). Its thickness varied from zero to 2.4 microns. A piezoelectric layer of zinc oxide (ZnO) 1.5 μm thick was deposited on top of the wedge-shaped layer. The external electrodes of each capacitive element with a thickness of 0.2 μm are made of aluminum (AT). The converter contained 36 elements located on a flat surface of a lithium niobate crystal in a row with a repetition period of p = 100 μm. The size of the acoustic beam in the direction perpendicular to the diffraction plane was 250 μm. The study of the radiation pattern of the transducer of this Bragg element during angular detuning showed that the transducer emits acoustic energy into almost one lobe, on which the effective diffraction of the incident light beam occurs. The Bragg element with the indicated parameters worked in the frequency band of 500 MHz with a central frequency of 1.75 GHz with a maximum diffraction efficiency of 8% / W.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100334/28U RU114382U1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100334/28U RU114382U1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU114382U1 true RU114382U1 (en) | 2012-03-20 |
Family
ID=46030434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012100334/28U RU114382U1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU114382U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677117C1 (en) * | 2018-02-27 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Acoustooptic bragg element |
-
2012
- 2012-01-10 RU RU2012100334/28U patent/RU114382U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677117C1 (en) * | 2018-02-27 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Acoustooptic bragg element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7313327B2 (en) | Method of fabricating a micro-electro-mechanical system (MEMS) waveguide device and micro-electro-mechanical system (MEMS) waveguide device | |
| US7939987B1 (en) | Acoustic wave device employing reflective elements for confining elastic energy | |
| US7199683B2 (en) | BAW resonator | |
| TWI742860B (en) | Transducer structure for an acoustic wave device | |
| JP2018506930A5 (en) | ||
| US10985700B2 (en) | Piezoelectric resonance controlled terahertz wave modulators | |
| CN210690981U (en) | Adjustable optical phase array | |
| CN107733393B (en) | Phononic crystal surface acoustic wave filter and manufacturing method thereof | |
| JP2016525311A (en) | Electroacoustic transducer with improved suppression of unwanted modes | |
| Liu et al. | A dual-frequency piezoelectric micromachined ultrasound transducer array with low inter-element coupling effects | |
| RU114382U1 (en) | ACOUSTOPTIC BREGG ELEMENT | |
| RU2448353C1 (en) | Acoustooptical light modulator | |
| Branch et al. | Suppressing fine-frequency modes in aluminum nitride microresonators | |
| US7405512B2 (en) | Acoustic transducers having localized ferroelectric domain inverted regions | |
| RU2643501C1 (en) | Resonator on surface acoustic waves | |
| US20220158605A1 (en) | Bulk acoustic wave resonator | |
| RU2461852C1 (en) | Method of measuring central frequency of range of anisotropic acoustooptical deflector | |
| CN113507276A (en) | Phonon lattice plate micro-electromechanical resonator of cell-like topological structure and processing method | |
| RU2677117C1 (en) | Acoustooptic bragg element | |
| JP5433697B2 (en) | Interface acoustic wave device | |
| Xu et al. | High-Q A0 Mode Plate Wave Resonator on X-cut LiNbO 3 Films with Dummy Electrode Arrays | |
| JP6022614B2 (en) | Duplexer | |
| JPS6150291B2 (en) | ||
| JPS6210411B2 (en) | ||
| JPS6352486B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200111 |