SU784549A1 - Способ акустооптического сканировани объекта - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ АКУСТООПТИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА, включающий направление плоскопол ризованного излучени , отраженного или излученного объекта,на анизотропную акустооптическую дифракционную  чейку, возбуждение в последней акустической волны на частоте, обеспечивающей брэгговскую дифракцию части указанного излучени , направление дифрагированного излучени  на фотоприемник и изменение частоты акустической волны дл  регистрации всего излучени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  угла сканировани , поворачивают при дифракции плоскость пол ризации дифрагированного излучени  на 90, вьщел ют с помощью пол ризационного анализатора дифрагированное излучение из общего потока излучени , частоту акустической волны выбирают в пределах диапазона, дл  которого угловое направление дифрагированного излучени  S существенно зависит от частоты, а вьщеленное анализатором излучение из (Л равных угловых направлений собирают и направл ют на фотоприемник. 2. Способ ПОП.1, отличающийс  тем, что диапазон изменени  частот акустической волны выби рают в области максимальной крутизны сх зависимости брэгговского угла от 4 СП частоты. 1 СО

Description

1 Изобретение относитс  к способу оптического сканировани  объекта с использованием брэгговской дифрак ции света на акустических волнах и может быть использовано в системах оптической навигации, в системах об работки информации в видеокамерах и т.п. Известен способ акустооптическог сканировани  объекта, заключаюпщйс  в том, что оптическое излучение от объекта с помощью п - позиционного переключател  последовательно напра л ют на п идентичных, работающих синхронно с переключателем акустооптических дифлекторов, на каждый из которых подают частотно-модулированный по пилообразному закону сигнал, сдвинутый относительно соседнего дефлектора на 1/п-ю часть периода сканировани . . Этот способ обеспечивает достаточно большой угол сканировани ,но дл  его осуществлени , требуетс  сложное с большими габаритами уст-, ройство, содержащее п дефлекторов п - позиционный переключатель,устройство дл  синхронизации работы переключател  и дефлекторов, устрой ство дл  .сдвига фазы сигналов, подаваемых на дефлекторы. Наиболее близким по технической сущности  вл етс  способ акустооптического ска нировани  объекта, включающий направление плоскопол ризованного излучени  от сканируемого объекта на анизотропную акустооптическую  чейку, возбуждение в  чейке акустооптических волн на частоте, обеспечивающей дифракцию угловой части указанного излучени , расположенной под брегговским углом к направлению распространени  акустических волн в  чейке, направление дифрагированного излучени  на фотоприемник и изменение частоты акустических волн вблизи частоты,  вл ющейс  точкой перегиба на кривой зависимости угла дифракции от частоты дл  данной дли ны волны излучени , т.е. в области участка этой кривой, имеющего малую крутизну.Цель изобретени  - разработка способа акустооптического сканиров ни  объекта, обеспечивающего больший угол сканировани  при низкой центральной частоте акустических 92 ВО.ИН, возбуждаемых в акустооитичес кой  чейке. Дл  достижени  этой цели в способе акустооптического сканировани  объекта, включающем направление плоскопол ризованного излучени  от сканируемого объекта на анизотропную акустооптическую дифракционную  чейку, возбуждение в последней акустических волн на частоте,обеспечивающей дифракцию угловой части указанного излучени , расположенной под брэгговским углом к направлению распространени  акустических волн в  чейке, направление дифрагированного излучени  на фотоприемник и изменение частоты акустических волн, возбуждаемых в  чейке,дл  сканировани  различных точек объекта , поворачивают при дифракции плоскость дифрагированного излучени  на 90° относительно плоскости пол ризации излучени  на входе  чейки и выдел ют с помощью пол ризованного анализатора дифрагированное излучение из общего потока излучени  на выходе  чейки, при этом в процессе сканировани  частоту акустических волн выбирают в пределах диапазона, дл  которого угловое направлений дифрагированного излучени  существенно зависит от частоты, излучение из разных угловых направлений на выходе анализатора собирают на фотоприемник Йа чертеже изображено устройство дл  реализации предлагаемого способа . Устройство содержит акустооптическую  чейку 1, соединенную с генератором 2 высокочастотных колебаний , пол ризационньй анализатор 3, расположенный на выходе  чейки 1 и ориентированный на пропускание дифрагированного излучени , собирающую линзу 4 и фотоприемник 5, Акустооптическа   чейка 1 и фотоприемник 5 расположены в сопр женных точках линзы 4 на рассто ний L от нее. Акустооптическа   чейка 1 выполнена из анизотропного акустического материала, например кристалла парателлурита , на котором расположен пьезопреобразователь так, чтобы возбуждаемые им акустические волйы распростран лись в кристалле в направлении (110),- а вектор пол ризации этих волн был направлен по

оси (110). При этом  чейка 1 ориентирована относительно угла сканировани  cf, так, что его биссектриса составл ет с осью (001) кристалла небольшой угол (/-15°) в плоскости дифракции.

Способ осуществл ют следующим образом.

В акустооптической  чейке 1 с помощью генератора 2 возбуждают сдв говые акустические волны, распростран ющиес  в направлении (110), вектор пол ризации которых направлен по оси (110). Частоту акустических волн, возбуждаемых: в  чейке, выбирают в пределах низкочастотной области зависимости угла падени  от частоты, оптимально в области, соответствующей максимальной крутизне этой зависимости (см.фиг.2). Плоскопол ризованное излучение от сканируемого объекта с помощью оптическо системы формируют на входе  чейки в угол 0 , при этом кажда  точка объекта соответствует угловой части излучени  ( do,, и т.д.), направл емого на  чейку Дифракцир

на акустических волнах будет происходить только с той угловой частью doC излучени , дл  которой на частоте выполн етс  условие брэгговского синхронизма. Благодар  указанному вьше выбору типа и направлени  акустических волн, дифрагированна  углова  часть излучени  на выходе  чейки 1 имеет направление вектора пол ризации, повернутое на 90° относительно направлени  пол ризации излучени , поступающего на  чейку. В процессе дифракции углова  часть До( излучени  отклон етс  на угол дифракционного рассе ни  относительно своего первоначального направлени . Однако этот угол, вследствие указанного выбора частоты, много меньше угла сканировани  ot, так что на выходе  чейки пространственного разделени  дифрагированного и недифрагированного излучени  м6жет не происходить (см.фиг.1). Дифрагированное излучение выдел ют из общего потока излучени  на выходе  чейки 1 с помощью пол ризационного анализатора 3 и направл ют с помощью линзы 4 на фотоприемник 5. Дл  приема излучени  от другой точки объекта измен ют частоту акустических волн, возбуждаемых в  чейке.

845494

до значени  2 вблизи f (см. фиг.2). При этом брэгговскому синхронизму будет соответствовать друга  углова  часть излучени  от 5 сканируемого объекта . (см.фиг.1). Дифрагированное излучение угловой части аналогично описанному вьш1е процессу, вьщел ют из общего потока излучени  на выходе  чейки

10 с помощью анализатора 3. Угловое

направление этой части излучени  на выходе анали атора 3 не совпадает с угловым направлением дифрагированного излучени  угловой части 4й,, f5 так как частоты и наход тс  в области частотных характеристик  чейки, где зависимости угла дифрак1ШИ от частоты бб(/ имеет высокую крутизну (см.фиг.2). Дифрагированное излучение угловой части &dLi направл ют с помощью линзы 4 на фотоприемник. Аналогичным образом, измен   частоту акустических волн в области, расположенной 25 вблизи частоты f, сканируют различные точки объекта.

Как видно из вьшеизложённого, в данном.способе пространственное разделение дифрагированного и неди3Q фрагированного излучений на выходе акустооптической  чейки не об зательно . Это дает возможность рабо . тать в области частот ниже частоты iT.e. в той области, где крутизна зависимостей 0д (fj и 6g ({) дл  анизотропной дифракции максимальна. На фиг.2 видно, что при работе в этой области незначительное изменение частоты акусти ... ческих волн, возбуждаемых в  чейке 1У /

.t f ) приводит к большему изменению угла падени  (9 ). Тем самым можно увеличить угол сканировани  без повышени  центральной рабочей частоты акустических волн, возбуждаемых в акустооптической  чейке. Практически угол сканировани  ограничен акустической полосой частот пьезопреобразовател , в коQ торой происходит эффективна  генераци  акустических волн в  чейке.

Предложенный способ реализован с использованием акустооптической  чейки, выполненной из кристалла парателлурита.

Парателлурит, облада  уникально большимзначением акустооптического качества,  вл етс  перспективным акустооптическим материалом. Однако в силу того, что затухание аку тических волн в нем станов тс  значительными на частотах 100 МГц, реализаци  способа сканировани  с использованием  чейки из парателлурит в соответствии с прототипом позвол ет получить максимальный абсолютный угол образца не более 3-.. , Описанный способ с использованием той же  чейки позволит получить абсолютный угол сканировани  о 20 , мгновенный угол сканировани  4о 0,3 при центральной рабЪчей частоте акустических волн f 3, МГц, диапазоне перестройки 2. 25 МГц и длине волны оптического излучени . Л 0,63 мкм, Дополнительное отличие способа состоит в том, что апертура с возбуждаемых в  чейке волн в направлении , параллельном плоскости дифракции , определ етс  необходимым мгновенным углом сканировани  /lo, а не условием обеспечени  брэггрвского синхронизма во всем диапазоне сканировани . Поскольку йзлу-чение, падающее на  чейку, имеет большой угловой спектр, дл  всех угловых компонент акустической волны найдутс  соответствующие угловые компоненты светового излучени , т.е. с некоторыми допущени ми можно читать, что мгновенный угол скаировани  ci равен расходимости кустической волны в  чейке. Слеовательно , дл  4й можно записать «J где м - мгновенна  частота акустических ВОЛН) и - скорость акустических волн в  чейке. Откуда получаем вьфажение Апертура of акустических волн определ етс  длиной пьезопреобразовател . Как видно, увеличение длины пьезопреобразовател  уменьшает мгновенный угол сканировани , что  вл етс  положительной характеристикой устройств сканировани  и совершенно не вли ет на значение максимального угла сканировани . Кроме того, увеличение длины пьезопреобразователей ведет к уменьшению плотности акустической мощности, снимает тепловые проблемь и исключает по вление акустической нелинейности в устройстве.

Claims (2)

1. СПОСОБ АКУСТООПТИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА, включающий направление плоскополяризованного излучения, отраженного или излученного объекта,на анизотропную акустооптическую дифракционную ячейку, возбуждение в последней акустической волны на частоте, обеспечивающей брэгговскую дифракцию части указанного излучения, направление дифра гированного излучения на фотоприемник и изменение частоты акустической волны для регистрации всего излучения , отличающийся тем, что, с целью увеличения угла сканирования, поворачивают при дифракции плоскость поляризации дифрагированного излучения на 90°, выделяют с помощью поляризационного анализатора дифрагированное излучение из общего потока излучения, частоту акустической волны выбирают в пределах диапазона, для которого угловое направление дифрагированного излучения существенно зависит от частоты, а выделенное анализатором излучение из разных угловых направлений собирают и направляют на фотоприемник.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диапазон изменения частот акустической волны выбирают в области максимальной крутизны зависимости брэгговского угла от частоты.

SU .,„7845

1 7845