TW200907462A - Acousto-optic devices having extended temperature reliability - Google Patents

Description

200907462 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ▲本發明—般係關於光學調變系統及相關組件，且更特定 言之，係關於使用聲光效應來調變光束的聲光調變器及類 似裝置。 【先前技術】 有時稱為布拉格單元(Bragg，的聲光調變器使用呈有 r

L 射頻的聲波來繞射並偏移光。此等装置係通常用於；切 換、電信系統中的信號調變、雷射掃描及光束密度控制、 頻率偏移以及光譜儀系統中的波長遽波。冑多其他應用可 使用聲光裝置。 〃在此類聲光裝置中’有時亦稱為RF變換器的壓電變換器 係固定至聲光主體媒介作為透明光學材料，例如炫合石夕 2、石英或類似玻璃材料。fRF信號會振盪並驅動該變換 器以振動並建立透明媒介肉沾款、士 处請，丨内的聲波，其經由光彈性效應而 影響媒介中的光場之性質，I中超聲波之調Μ變力場係 與聲光主體媒介的折射率無八 料旱耦合。因此，以振幅形式的折射 率變化係與聲音之變化成比例。 精由移動聲光主體材料中的膨脹及壓縮之週期性平面來 改又折射率。進入光因所得週期性折射率調變及干擾而散 射，類似於布拉格繞射。 一壓電變換器可以建立聲波而且光束會繞射成數個級。 可以採用正弦信號來振動主體媒介而且使聲光調變器傾 斜，因此光係從平面聲波反射至第一繞射級中以產生高偏 130362.doc 200907462 轉效率。 在聲光裝置中’光通常可以藉由下列來控制：1)偏轉、 2)強度、3)頻率、4)相位以及5)偏光。 在使用偏轉的聲光系統中，繞射束根據相對於來自聲音 之波長的光之波長以一角度顯現。然而，當藉由強度來控 制光時，#由聲音所繞射的光量取決於調變繞射束中的光 =強度的聲音之強度。採用對光的頻率控制，繞射束之頻 率係都卜勒（D0ppler)偏移等於聲波之頻率的數量，與其中 從移動平面散射光的布拉格繞射比較。頻率偏移亦可以出 因為保存光子以及聲子的能量及動量。頻率偏移可以 從小如20 MHz至大如彻MHz或在某些情況下在更大範圍 内變化°兩個聲波可以在材财的相反方向上行進並且建 :駐波’其並不偏移頻率。在使用相位來控制光的系統 ’可以猎由聲波之相位來偏移繞射束。在藉由偏光來控 广系統中’同線橫向聲波係沿縱向波垂直以改變偏 光。因此，可能出現雙折射相移。 及應用中優選聲光調變器，因為其係快於可傾斜鏡 間係FP機t裝置。聲光調變器偏移-激勵光束所花費的時 關，龙中+…成 卓先㈣裔係通常用於Q開 r"“ 率(通常在十億瓦範圍内)下產生 脈衝式輸出光束。此輸出可古 生 射式“ ® ; ^於#作—連續波（CW)之雷 射或恆定輸出模式。 V y田 聲光調變器裝置及類似的聲 讓浐ώΑ、，m 士 彳儿〜现1夕丨Η糸揭不在共同 ^度的“專利第4,256,362 ，y23,460，6,320,989 ; 130362.doc 200907462 6,487,324 ; 6,538,690 ; 6,765,709 ;及 6,870,658 號中，其 揭示内容係因此全部以引用的方式併入本文中。 【發明内容】

傳統聲光裝置通常依賴於使用大且昂貴的混合輸出射頻 (RF)放大器以提供裝置之操作中需要使用的必要驅動功 率。通常而言’施加較高供應電壓以便適應混合輸出射頻 放大器之必要輸出截取點。此舉會產生使用額外及/或更 昂貴的電源供應以滿足積體電路（IC)及射頻放大器要求。 在傳統聲光裝置之其他應用中，設計通常併入一或多個 單片壓電小板，其係焊接至主體媒介以將超聲波壓變力場 發射至主體媒介中。在某些範例中，4氐柔量合金焊接物將 兩個’且件炫a纟&’從而提供—介面，此舉產生較低聲 音損失，同時適應小板與光學主體媒介之間的寬頻帶阻抗 匹配。藉由低柔量介面所耦合的小板及光學媒介之不同熱 膨脹係數(CTE)的組合可能會導致應力，&而引起局部剪 CTE膨脹失配並在經歷擴充溫度條件時產生大小板聲光裝 置之感應式斷裂以及故障。此等擴充溫度條件可皆在非操 作狀態中（即，在存活能力儲存溫度下）出現，或在某些情 況下因高位準信號條件而出現。 關鍵應用調變一光束之強度。此調 出角方面的小偏差，因為當開啟並 使用聲光裝置的某些 變可以建立繞射束之輸 關閉至裝置的RF調變波开彡日主各2丨、。 ^ 史波开y時會引入局部熱瞬態。此等熱瞬 態可以不利地影響可以逢座沾取 曰以屋生的聚焦光點之解析度。 一聲光調變器包括—聲光主體 尤王體媒體以及附於該聲光主體 130362.doc 200907462 媒體的變換器。該變換器包括一電極電路以及附於該主體 媒體並支樓該電極電路的複數個愚電小板片段。一接地平 面係定位在該等屋電小板片段與聲光主體媒介之間。產生 ㈣小板片段而不脫離或另外影響個別小板片段與聲光主 體媒介之間的共同接地金屬。該等塵電小板片段經組態用 以減小由於溫度極限所致的剪應力及斷裂易感性。 &電極電路可形成為_線性陣列電極，因此各屢電小板片 段支#個別電極。轉變器驅動器可藉由與電極連接的複數 個放大态形成，因此各電極係由個別單一放大器驅動以授 予光束操縱。各放大器係較佳形成於本發明之—態樣中， 作為單片微波積體電路（幽〇。變換器驅動器可以構建 藉由一電極所授予的各波形之振幅及相位。 j另一態樣中，一直接數位合成器（DDS)電路可以輸出 任意波形至各小板片@，讀供個別相位並且可以執行振 幅控制。咖電路可形成為相位累積器以及一或多個離散 記憶體裝置及數位至類比轉換器。相位累積器可以形成為 複雜的可程式化邏輯裝置以提供用於各種記憶體裝置的位 址產生。各數位至類比轉換器（DAC)係與一給定記憶體裝 置輸出的最多10個位元連接，然後對其進行濾波並將其輸 入至各放大器。因此，一個128位元動態隨機存取⑴ 記憶體庫可以提供12個離散輸出通道，其支持至各個別變 換盗小板片段的個別相位及振幅偏移。 【實施方式】 圖1係一聲光調變器2〇之方塊圖並且顯示用於聲光裝置 130362.doc 200907462 24的一變換器驅動22 m 作為依據本發明之非限制性範例 的聲光調變器。圖1所示的蓉 乾例 曰主PM U調變器2()克服依賴於大且 叩貝的k合輸出RF放大器的傳 裝置之有用操作所需的必要%=嶋之缺點以提供 署中力率。在此等先前技術裝 ，、吊而要焉於大多數電路所使用的供應電麗之供應 電壓以適應混合輸出職大器之必要輸出截取點。此產生^ 頟外及較昂貴電源供應之一 私#躺+ 飞兩者以滿足電源要求以及驅 動裔積體電路（IC)與職大器輸出之供應電壓。 ㈣為聲_變器及/或類Μ置之操作提供RF驅動激 勵的當前方法通常依賴於# , 、吊依賴於使用混合RF放大器來供應充分的 RF功率給一傳統聲光調變器中使用的一共同壓電電極以便 適當地操作。藉由所尋求的聲光交互作用之特性來決定轉 RF驅動功率要求，此舉依次決定在交互作用媒介中必須產 生的壓變力場之振幅及幾何範圍。 α在許多聲光調變器令’發射極(即，電極)之驅動功率及 操作載波頻率在很大程度上排除使用與脈衝式超聲波成像 系先起使用的傳統視訊IC組件。聲光裝置通常需要低阻 抗線性來源，其能夠明顯提供比診斷超聲波成像陣列應用 多的電流。在此處說明的本發明之具體實施例中，需要結 合一變換11陣列來使用低成本單請(MMIC)組件以產生 與發射極功率及阻抗考量一致的必要光學相位延遲。用於 聲光裝置的其他相控陣列方法已著重於使用傳統Μ放大器 系統來驅動變換陵M # t、， 為陣列亚根據增加的頻寬及效率所獲得的 聲光交互作用益處。 130362.doc 200907462 依據本發明之非限制性範例， 換器）係形成為電極結構26 (圖υ並且 Ί (例如，變 -般稱為發射極)之離散線 刀固別電極28 (亦 成本單片職大器3。驅動各個二^ .s ^ , j電極28。電極28之溆曰总 心決定為與適當的輕射電阻一致 數目係 單片輸出職大器之使用所+…更限制促進複數個 因為弁Π立 “要的最大元件驅動功率。 U為光與聲音之間的交 場中產生的相位延遲_二：一整合效應，所以在光 用"遲的振幅係等效於單—大變換器之使 要所有發射極(即，電極)維持高度的同步。因為各 僅供應必需的RF功率之一部分，所以 小接近發射極（即，電極^鉍曰认丁 )]成 換器電極㈣電容不再成A了 根。此外，傳統變 电今不再成為可以使用的交互作用區之

方面的限制因素，田盔姑_ /iL X ,、 ’’車列70件之電容及對應輻射電阻現 在與總交互作用長度無關。

L ° 接數位合成器（DDS)電路用作驅動控制器（一般 ^32處解D日”此線性驅動系統之-擴充係藉由複數個 單片放大益3〇所提供’此舉可以即時設定各發射極驅動波 ^的振中田及相位。藉由使用低成本DDS 1C組件或專用相位 累積器34及高神4 — 迷5己憶體電路36’可對各電極28進行精確的 相位及振中田5周整’從而允許大多數聲音能量引導至單一可 操縱準向_射波瓣。此舉維持入射光與聲場之間的相位匹 -、、達到政射政率、偏轉線性及高解析度可調諧濾波方面 、θ凰。聲光調變器20亦可施行光強度之唯相位調 變，此將在以下說明。 130362.doc -10- 200907462 -^控陣列方法用於聲光裝置的某些系統已使用傳统單 之：動=來解決此等益處，從而經由兩個主要輕射波瓣 雙相位由使用較難的程序來使用進入一個主要波瓣的 -、十極激勵來產生部分相位匹配。任一方法均未解 - 、驅動方法或藉由大陣列所施加的阻抗限制。此等系統亦 π解決操縱並提供由驅動電路所引人的相位誤差之即時校 正片光強度的專用唯相位調變以及對聲音各向異性的角度 (、 補&之1力。其不解決藉由光學系統中的幾何不完整性所 I 引入的非線性掃描對頻率人工因素。 依據本發明之非限制性範例的系統2 0結合一線性電極陣 列％來使用複數個單片RF放大器3〇, ^提供較低成本實施 方案並提供用於聲光應用的必要RF驅動波形，同時亦減小 所需供應電壓並增加總可靠性。 驅動器22調整RF驅動波形之相位及振幅以允許加權並操 縱單一主要聲音輻射波瓣並提供增強的頻寬、散射效率、 i. 唯相位調變。其亦校正系統硬體中固有的相位誤差及非理 想掃描人工因素。 所說明的驅動器22可直接應用於設計聲光調變器及相關 組件，包括由半導體光罩設備賣方、雷射設備之原始設備 - 製造商（OEM)以及不同技術及政府客戶所使用的系統。其 可用於開發高解析度及低功率聲光可調諧濾波器（A〇TF)。 再次參考圖1 ’其說明聲光調變器20之更詳細的組件。 聲光裝置24包括定位在此範例中的單片壓電小板4〇上的線 性電極陣列26以及聲光主體媒介42。電極20係形成於經由 130362.doc 200907462 接地平面43與聲光主體禅介 系"42連接之壓電小板4〇上的線性 陣列中。相位累積器34可形成為快閃複雜可程式邏輯裝置 (CPLD)而且可操作為—相位累積器及任意波形產生器。其 輸入信號至具有11輸出的高速記憶體陣列36,同時亦輸入 信號至如以上解說的精確多數位至類比轉換器⑺ac) 44。 通常而言，㈣CPLD 3何使用含有㈣實行分離性表達 或更特別的邏輯之巨隼I ; I r# 果早兀來形成。其應該使用可程式陣 列邏輯（PLA)電路及場可程式閑極陣列（FpGA)電路來形 成。 AC 44輸入至複數個抗混淆濾波器/增益電路46，其係 分別與單片功率放大器30及個別電極28連接，如上文所說 明。電極28形成-離散線性陣列，其與屋電小板如及聲光 主體媒介42連接。因此，藉由低成本單片rf放大器驅動各 電極。可結合一時脈同步器及乘法器電路48來使用一系統 時脈以提供必要的時脈信號給CPLD 34，其亦接收一信號 作為高速調變器輸入50。 各功率放大器28可形成為高效能MMIC放大器，例如 仏咖公司的微型裝置SBB_2〇m電路。此裝置係高效能 InW HBT MMIC放大器，其使用達靈頓pa—叫組態 及主動偏壓網路以隨溫度及程序β變化提供穩定電流。其 可以從5 V供應操作β與典型達靈頓放大器比較，其不需要 降壓電阻器。其具有需要小尺寸及最小外部組件的高:性 5v增盃區塊應用。其係在内部與5〇歐姆匹配。 該電路可以從約50至850 MHz操作而且可串聯並進行主 130362.doc 200907462 動偏壓。其可用於無敍RoHS柔順料，其中在24〇驗情 況下奶=42.8 dBm。其他規格包括：⑷在5〇〇贿Z情況下

PldB=20.8 dBm ; (b)單一固定 5Vjj± 1、應，（c)強固 ιοοον ESD，類別1C;⑷低熱電阻；以及濕氣等級。 、 應該瞭解直接數位合成⑽S)電路可以包括不同於所解 說的組件之組件，但是基本上包括時脈、相位累積器、記 憶體以及DAC。在箪此杳竑十安/ ,. ^ 在系二貫轭方案（例如以上說明的雙相位 〇叩凋：技術中的應用)中，可結合-或多個時脈分佈緩衝 4IC叫吏用雙通道或兩個單__DDS Ic，以形成兩個分離的 交t指狀線性變換器陣列，因此可採用以下說明的方式來

改變各陣列之相位。右古姓供、M h Z 位纟支持饋达如所說明的變換器陣列之 多低成本函C放大器之使用的奸驅動器之離散實施方案 Γ:中電:控：器或其他系統可以採用資料來填充記憶 :::貢料項目將信號的振幅表示為-時間瞬間的二 進制…作為一相位累積器的一計數器可以從一頻率夫 J考藉由各脈衝上的增量而前進，並且輸出為相位，以選擇 一貧料表中的各項目。DAe# 形。 AC將此貝抖序列轉換為類比波 片二應別積體電路(lc)可用於整合於個別核心晶 月…使用夕個晶片的元件。任何合成 時脈同步器及乘法器48而同步”力率放大 ^、门 並用作—相控陣列及相干方法來提供多相^佈 以使用複數個直接數位合成器作為積體電路或一 Γ人’、可 全部從-共同時脈得到其共同核心邏輯。且5’其 130362.doc 200907462 圖2及3係顯示圖1中解說的聲光調變器20之聲譜及鄰近 —牛&動相位放能的曲線圖。如上所述’調變器20使用低 、單片放大器，其係與具有由一電極所界定的輻射阻抗 之負載標稱地匹配。總陣列尺寸不再受變換器的總電容限 制’因為_射阻抗可藉由選擇適當的S件尺寸來裁製。因 、不#要截斷或倒轉電極來提高總輻射電阻以改良裝置 的電寬u。可實行光束操縱以維持光與聲場之間的相 位匹配，其中可在某些情況下獲得之散射效率的量值等級 會增加。可達到窄頻帶光譜濾波方面的改良而且可以進行 如以下說明之用於熱控制的雙相位RF調變。該系統具有比 某些可用設計高的可靠性及簡化的設計。 圖2係一曲線圖，其解說作為聲光主體媒介之晶體内的 光束操縱，其藉由改變由〇〇8驅動電路22所產生的個別電 極之相位而出ϊ見。如以上解說並說明的驅動器可用以操縱 聲光主體媒介周圍的光束。零孤度線右邊的虛線解說如採 用光束操縱所說明的功能。 圖3係一曲線圖，其顯示必須在一給定頻率下加以應用 來保持光與聲場t間匹配的光束之鄰&電極之間的相位變 化之典型數值。 圖4至6解說一聲光調變器，其擴充此系統之溫度可靠性 並使用分段式（變換器）壓電小板來增強苛刻環境下的存活 忐力。參考圖4至6為如相對於圖i所說明的共同元件提供 相同的參考數字。 傳統聲光裝置通常併入一或多個單片壓電小板，其係焊 130362.doc 200907462 接至適當的透明主體媒介以將超聲波壓變力場發射至主體 媒介中。使用熟習此項技術人士通常已知的材料來形成: 等小板。通常而言，低柔量合金焊接物將兩個組件熔合在 -起以提供—介面，此舉產生較低聲音損失，同時適應小 板與光學主體媒介之間的寬頻帶阻抗匹配。通常包括1 地平面。藉由低柔量介面所叙合的小板及光學主體媒介之 不同熱膨脹係數（CTE)的組合可能會導致應力’從而建立 局部剪CTE失配，並在經歷擴充溫度條件時產生大小板及 聲光裝置的斷裂及故障。此等擴充溫度條件可皆在非操作 狀態中（即，在存活能力儲存溫度下）出現，或因高位準信 號條件而出現。 在非操作儲存條件下詩擴充料聲光裝置的存活能力 溫度之某些先前技術方法使用主動熱電阻加熱器或孰電帕 爾貼_Γ)裝置來限制藉由關鍵裝置介面所見的溫度變 化。在裝置的主動操作期間亦結合仔細的被動熱設計來使 用類似的方法’以最小化允許變換器操作所處的 限。 :至6所示的調變器使單片塵電變換器小板分成分段式 fr發光方塊⑹e)”50之一陣列。在小板減小至適當共 之後（如圖6所7’在輝接前於抱光之慶電變換器小 :裝作的細切口 51顯現為個別焊接的，，發光方塊"50。岸 桎了以個別地驅動為一陣列或電連接在一 起並驅動為單~單片變換器。 因為通常出現為㈣# 在交換15小板元件與作為主體媒介的基板 Ϊ 30362.doc 200907462 之間的自由邊界處的總差動延長係由於變換器片段之個別 橫向尺度的減小而較小，所以當與較大傳統變換器結構比 較時，藉由真空金屬合金所產生的受約束邊界會建立少量 的j應力因此，與形成焊接物所處的溫度極限比較，在 一給定溫度極限下不大可能達到此等結晶材料之斷裂限 制。 擴充聲光裝置之溫度可靠性的此方法在本質上係被動 的彳心而在儲存期間不需要主動系統隨可能遇到的周圍環 境溫度之極限而增強生存能力…卜，由於熱產生應力、 相關斷裂及焊接物分層而減小裝置焊接物之壽命的較高功 率應用亦可從在焊接物介面上產生的總應力之量值的減小 而獲益。 此結構可應用於聲光調變器組件，包括各種雷射空腔裝 置及媒介動力、空氣冷卻式Q開關裝置。該結構亦可用於 空間資格應用。 、圖4顯示聲光調變器20，其中聲光主體媒介42包括分段 式電極2 8以及使用變拖哭| >女， ( 犮換益小板產生的分段式壓電"發光方 塊"50 〇各電極28及”碡 讎 畤狀.欠換β小板50係與圖1所示的其 他電路組件一起與個別功率 大益連接而且一般由對應 於功率放大器及驅動器的區塊22表示。 圖5顯示減小前的轡拖 „ 換小板，而圖6顯示減小後的變換 盗小板。 藉由對變換器小板進行 瞼阻— 仃刀丰又允终較多的餘地用於差動 略脹。猎由”發光方掄 斤擬s的較小距離會減小應力之任 130362.doc 16 200907462 何建立。圖5顯示減+ ,.. 』板，因此變換哭 小板在切割前可以為約。·_至。。4G :換盗 0. 002至約0003^4^ 、予了以採用約 定二：:約5〇至約75微米)厚的深度來預界 / Γ 因此可以將變換器小板減…振戶 又、、在重要頻率下係約半波長聲音厚度。通常而〜二 可以係約20至約5〇微半祚A + n 此 1、 ， 微未作為所需厚度。藉由在如圖6所 不減小變拖,丨、杧/+ Ρ 口 0所 板時使切口為約50至約75微米厚，切口將 處於所需間距。 序刀口將 在製造期間’大量可行的變換哭 約150微米或約〇.〇 ° U成約200至 可加以使… +的冰度’以確保不同變換器小板 使用亚減小至共振厚度。 需要在將變換器小板黏著於 切割變換器小板，因面或主體媒介之前 +77 右在黏者變換器小板之後製作任何 子研磨程序、光罩钱= 亦可以使用_離 幾何、=:和鑛亦可用以獲得為軌㈣至_5英叶的 結造=τ接地平"類似於與其他組件 中，相對於小板之尺寸的間==切割。在某些應用 採用聲音繞射^ 尺寸可能比較重要。因為 、笼射圖木產生旁瓣，所 來移除能量，除非切口相對於〜要的角度 類效應。 、电極之寬度係較小以對抗此 圖7至】〇顯示用於執行光學波前之聲光強度調變的卿 I30362.doc 200907462 位調變技術之細節。在圖7及8中，電極係顯示在财。變 換為小板40及接地平面43係附著主體媒介42，如圖！所 TJn 0 對於使用聲光調變來調變光束之強度的某些應用而言， 精由在開啟並關閉至裝置的RF調變波形時引入的局部熱瞬 感而產生繞射束之輸出角度的較小偏差。此等熱瞬態可以 不利地影響在操作中產生的聚焦光點之解析度。 、用於使隨傳統RF調變波長出現的角度偏移敎之當前方 法依賴於局部被動熱方法以最小化在晶體(即，聲光主體 媒中產生的溫度效應之量值及幾何變化。亦已實行主 動分散式薄膜加熱方法’其需要主動監視並平均化輸入Μ 驅動信號以提供補償性熱加熱並產生變換器中的固定熱 場。 依據本發明之非限制性範例，恆定RF功率之相位調變式 RF波形施加所需光學調變至聲光裝置，從而消除或極大地 減小與傳統驅動方法關聯之主體媒介内的熱瞬態之產生。 依據本發明之非限制性範例的系統及方法使用線性電極 陣列之相干相位以改變聲場之角度動量分佈而且替代地允 許並禁止光與聲場之間的相位匹配。此舉施加光學波前之 所需強度調變。調變RF波形將為恆定平均包絡功率，因此 L以在很大程度上消除藉由調變抑波形之標準開啟/關閉 鍵控所產生的熱瞬態。聲光主體媒介内的熱輪靡可以本質 上保持固定’因為在變換程序中於各變換器電極處產 熱能量並非取決於RF波形之相位。由於輕射波前之聲音變 130362.doc -18- 200907462 j所致的聲光主體媒介内的熱來源之效應將在很大程度上 進行光學整合’因為場壓變力分佈附近的平均㈣持本質 上固定。 遠系統及方法可應用於半導體製造及檢驗中所用的單一 及多通道聲光調變器及關聯組件。特定…角度偏差已 在現有32通道聲光調變器裝置特徵化並測量，該等裝置如 藉由佛羅里達州墨爾本市Hards公司所製造的型號1 系列聲光調變器。

从圖9顯示用於各向同性聲光交互作用之波向量圖，其中 2由在L 有必要尺度之超聲波變換器陣列的鄰近變換 -7G件之間應用1 80度相移而損壞具有變換器準向波向量 的正常相位匹配條件以支持入射光波的有效繞射。 圖10係-曲線圖，其顯示在變換器元件係同相而且光之 強繞射出現時，以及當應用替代元件i8()度雙相位條件， 從而最]化現在與入射光相位匹配的聲音能量時變換器陣 列之計算的聲音波向量聲镨。藉由明智選擇元件間距並仔 細控制相位誤差，在”_，,狀態期間產生的散射之剩餘位 準可減小至可接文的位準，其通常為在"開啟"狀態位準以 下30 dB。此對比率係可比較的而且佳於通常藉由光學媒 介因由於光學波前之剩餘散射所致的A〇調變而產生的位 準。 圖7及8顯示非交又指扯么“ ^ 知狀系統（圖7)及交叉指狀系統（圖

8)。應該瞭解，用於兩個备A 似糸統中的熱控制之相位調變將調 整為替代電極之相位。作A蓉也 „ ^ , 1 f钓聲光變換益’兩個替代區段係 130362.doc 200907462 異相地驅動18〇度以建立聲光主體媒介中的特定幸畐射束圖 案。可存在如交叉指狀系統中所示的正及負連接以及作為 接地平面連接的第三連接。 圖9顯示作為以間圖的曲線圖。κ動量向量顯示相位匹 配。入射及繞射光學波向量係在各向同性聲光主體媒介中 解說為MKd。各向同性交互作用允許在圓圈内散射，從 而產生光與聲場之間的相位匹配。 Γ

L 如_示’當電極結構中的替代元件之相位係與其鄰 近者異相地驅動180度時’如藉由虛線所示，中間關於零 弧度的波瓣會減少。如圖10中的曲線圓之中心部分所示， 能量係減小約30分貝’從而其類似於開啟/關閉散射模式 來行動。因此，可以應用替代電極之相位。 若整個陣列係同相的，則獲得的實線將顯示光散射。因 此，該系統藉由改變如以上說明之相控陣列系統中的鄰近 電極之相位來調變或"關閉，、與其中放大器未加以分佈而 且可能需要較高功率場效電晶體及較高功率輸出級的混合 放大器系統比較’此調變方案直接支持較低成本放大器之 使用。此舉將一般需要增加的散熱能力以允許熱消散。其 亦需要較高操作電壓，因為对 U為放大态之輸出截取點必須為較 高。同時’此調變方案可使用一組傳統混合放大器來實 仃’其中各放大器驅動兩個交又指狀變換器，各變換器具 有獨立的相位控制’以採用以上說明的方式實現光束之調 變。 將複數個㈣本放大器 1於驅動變換器陣列之額外益處 130362.doc -20- 200907462 涉及在較大之部分頻寬内驅動 換盗的能力之改良。茲 由电極所界定的輻射阻抗得 曰 ^ L ㈣&良’目為總阻抗係與電容 成反比。因此，藉由允許如 工又°兄明的分段式區域，可 採用較小區域來屋低電容。 【圖式簡單說明】 在根據附圖考量時，從以上本 +七明之砰細說明將明白本 發明之其他目的、特徵及優點，在該等附圖中：

圖Η系將-線性電極陣列用於依據本發明之非限制性範 例之一變換器的聲光調變器之高階方塊圖。 圖2係一曲線圖，立顯示由仿 八，貝不由依據圖1所示的非限制性範例 之變換器及線性電極陣列所產生的聲譜效能。 圖3係-曲線圖，其顯示相對於使用旧所示的依據本發 明之非限制性範例的線性電極陣列之聲光調變器的發射極 相位段差及頻率之相位（度）。 圖4係類似於圖丨的聲光調變器之另一具體實施例的高階 方塊圖’ ϋ _示附於依據本發明之非限制性範例的接地平 面及聲光主體媒介之分段式壓電小板陣列。 圖5及6係分散視圖，其顯示減小之前及減小之後的壓電 小板以形成依據本發明之非限制性範例的分段式壓電小 板。 圖7及8係分散圖，其顯示允許依據本發明之非限制性範 例的聲光調變器之雙相位RF調變的RF調變及脈衝光學強 度調變之個別非交叉指狀及交又指狀驅動連接。 圖9係一曲線圖’其顯示聲光調變器上的雙相位111?調變 130362.doc • 21 - 200907462 之非限制性範例的聲軸及光軸。 示依據本發明之非限制性範例之 之結果。 以上參考其中顯示較佳且體眚 /、體貫紅例的附圖更全面地說明 不同具體實施例。許多不同开彡彳 门办式可k出並且說明的具體實 施例不應該視為限於本文中摇φ 又甲徒出的具體實施例。相反，提 供此專具體實施例，因此士卜槐_咖— 此此揭不内容將係全面且完整的， 並向熟習此項技術人士令& &难、各

王面地傳達範疇。在所有附圖中相 同數字指相同元件。 【主要元件符號說明】 20 聲光調變器/系統 22 變換器驅動器 24 聲光裝置 26 電極結構/電極陣列 28 電極 30 RF放大器 34 相位累積器 36 高速記憶體電路 40 早片壓電小板 42 主體媒介 43 接地平面 44 數位至類比轉換器 46 抗混淆濾波器/增益電路 48 時脈同步器及乘法器電路

之結果並顯不依據本發明 圖】〇係一曲線圖，其顯 聲光調變器上的相位調變 130362.doc -22- 200907462 50 發光方塊/輸入/磚狀變換器小板 51 切口

L 130362.doc -23·

Claims (1)

1. 200907462 十、申請專利範圍： 1. 一種聲光調變器，其包含： 一聲光主體媒介； 一變換器，其係附於該聲光主體媒介並包含一電極電 路以及附於該主體媒介且支撐該電極電路的複數個壓電 小板片段，其中該等壓電小板片段經組態用以最小化由 於溫度極限所致的剪應力及斷裂易感性；以及 -變換器驅動器’其係與該電極電路連接以驅動該電 極電路。 2. 如請求項丨之聲光調變器，其進一步包含用於產生該等 小板片段而不分離或另外影響該等個別小板片段與該聲 光主體媒介之間的共同接地金屬之構件。 3. 如請求項1之聲光調變器，其中該電極電路包含電極之 一線性陣列。 4. 如請求項3之聲光調變器，其中各壓電小板片段支撐一 個別電極。 5. 如請求項丨之聲光調變器，其中該變換器驅動器進一步 包含輸出任意波形至各電極的一直接數位合成器(dds) 電路。 6. —種聲光調變器，其包含： 一聲光主體媒介； 壓電變換器’其係附於該聲光主體媒介並包含附於 該聲光主體料之—接地平面、附於該接地平面之複數 個壓電小板片段以及藉由該複數個壓電小板片段所承载 130362.doc 200907462 的電極之一線性陣列，其中該複數個壓電小板片段經組 態用以最小化由於溫度極限所致的剪應力及斷裂易感 性；以及 一變換器驅動器，其係與該等電極連接以驅動該等電 極並包含與該等電極連接的複數個單片微波積體電路 (MMIC)放大器，以及與各]^^11(：放大器連接的一驅動控 制器，因此各電極由一個別單一 大器進行相位 驅動以構建各電極驅動波形之相位及振幅並施加光束操 縱。 ’、 如睛求項6之聲光 I 邮切任刺窃運一步包 含與各放大器連接的-直接數位合成器⑽s)電路。 8, 如請求項6之聲光調變器’其中該接地平面包含該等小 板，段與該聲光主體媒介之間的一共同接地金屬。 9. 如請求項6之聲光調變器， 、甲°亥共冋接地金屬係與該 等小板片段不分離。 !〇·如凊求項6之聲光調變器， 個別電極。 ”中各[電小板片段支撐- 130362.doc