Представлено опис СВЧ-акустооптичного дефлектора, що працює на довжині хвилі світла 0.532 мкм, в якому з поверхні Z-зрізу кристала LiNbO 3 ультразвук порушується системою протифазних перетворювачів типу зустрічно-штирьових. Відмінною особливістю дефлектора є підвищена величина твори його смуги робочих частот на дифракційну ефективність.

Анотація наукової статті з фізики, автор наукової роботи - Пелипенко М.І., Роздобудько В.В.


Acoustooptical SHF deflector for the wavelength 0.532 microns

Description of the SHF acousto-optic deflector, working at the light wavelength 0.532 microns is presented. In decrypted deflector the ultrasound is generated by system of antiphased interdigital transducers from surface of Z-cut crystal LiNbO 3. Distinctive feature of the acousto-optic deflector is the increased value of product of its bandwidth and diffraction efficiency.


Область наук:
  • фізика
  • Рік видавництва: 2008
    Журнал
    Известия вищих навчальних закладів Росії. Радіоелектроніка
    Наукова стаття на тему 'акустооптичні СВЧ-дефлектори НА ДОВЖИНУ ХВИЛІ 0.532 МКМ'

    Текст наукової роботи на тему «акустооптичні СВЧ-дефлектори НА ДОВЖИНУ ХВИЛІ 0.532 МКМ»

    електроніка НВЧ

    621.391

    М. І. Пелипенко, В. В. Роздобудько

    Таганрозький технологічний інститут Південного федерального університету

    Акустооптичний СВЧ-дефлектор на довжину хвилі 0.532 мкм

    Представлено опис СВЧ-акустооптичного дефлектора, що працює на довжині хвилі світла 0.532 мкм, в якому з поверхні 2-зрізу кристала ИИЬО3 ультразвук порушується системою протифазних перетворювачів типу зустрічно-штирьових. Відмінною особливістю дефлектора є підвищена величина твори його смуги робочих частот на дифракційну ефективність.

    Акустооптика, акустооптичний дефлектор, дифракція Брегга, зустрічно-штирьовий перетворювач Акустооптіческіе дефлектори (Егуд) є основними елементами оптичних засобів вимірювання параметрів радіосигналів, які працюють в реальному масштабі часу, наприклад, в послідовних і паралельних анализаторах спектра, в частотомерах, в демодулятор ЧС і ФМ -сігналов.

    Дані вимірювачі потенційно можуть мати набагато більшу миттєву ширину смуги аналізованих частот в порівнянні з іншими вимірювачами аналогічного призначення (в тому числі цифровими) [1].

    Практика висуває завдання, що вимагають для свого рішення розробку апаратури аналізу з миттєвими смугами 1 ... 3 ГГц. Однак в перерахованих пристроях вона обмежується параметрами використовуваних Егуд. При цьому в Егуд смуга робочих частот А / ^ і дифракційна ефективність п, якій обумовлюється коефіцієнт корисної перетворення "радіосигнал - світло", є взаємопов'язаними величинами. Так, в звичайному випадку твір А / ^, яка визначається при фіксації за рівнем близько 4 дБ

    можна, можливо

    як Afs = nu2 [cos90 / (\ f0L)], і n = (V2) п2 [n6p2 / рі3] [lpJ (l2Hcos2 90) подати у вигляді

    Afsr, = n2 «7 p2pj (2 fopuT3H cos 0o), (1)

    де n - показник заломлення светозвукопровода (СЗП) Егуд; і - швидкість акустичної хвилі; 0o - кут падіння світла на Егуд; до - довжина хвилі падаючого на Егуд лазерного випромінювання; fo - центральна частота радіосигналу; L - довжина акустооптичного (АТ) взаємодії (протяжність пьезопреобразователя Егуд "по світу"); p - відповід-

    66

    © Пелипенко М. І., Роздобудько В. В., 2008

    ====================================== Известия вузів Росії. Радіоелектроніка. 2008. Вип. 1

    ветствующим компонента тензора фотоупругості СЗП; р - щільність СЗП; Pa - потужність акустичної хвилі; H - довжина електродів ВШП.

    Зі співвідношення (1) випливає, що з підвищенням робочої частоти / і розширенням

    А / ^ ефективність перетворення вхідного сигналу в оптичний радіосигнал

    падає, приводячи до зменшення чутливості і зміни динамічного діапазону апаратури, в якій Егуд використовуються в якості основного елемента.

    Стосовно до СВЧ-діапазону довжин хвиль ефективним рішенням, спрямованим на підтримку величини А / ^ п на необхідному рівні, є перехід до використання лазерних джерел світла з більш короткими довжинами хвиль оптичного випромінювання. Так, наприклад, якщо зменшити X з 0.65 до 0.532 мкм, слід очікувати збільшення А / ^ п

    приблизно в два рази. Практично збільшення буде ще більшим, оскільки величини n і p для більшості матеріалів, в тому числі LiNbU3, також зростають зі зменшенням X.

    У цій статті представлено опис результатів розробки Егуд, призначеного для використання в пристроях радіотехнічного призначення. Технічною особливістю Егуд є використовувана довжина хвилі модулируемого лазерного випромінювання, що дорівнює 0.532 мкм, і, як наслідок, підвищена п в зіставленні з Егуд, що працюють на довжині хвилі He-Ne-лазера 0.63 мкм.

    3

    Загальний вигляд розробленого Егуд, що має габаритні розміри 10 х14 х 50 мм, наведено на рис. 1.

    У Егуд СВЧ-сигнал подавався через роз'єм СРГ-50-750 ФВ. Светозвукопровод дефлектора виконаний на основі кристала LiNbU31, що має розміри 6 х10 х16 мм 3 уздовж кристалофізичних осей Y, X, Z відповідно (рис. 2). Робочі грані Б і В кристала просвітлювати відповідно до вимог B.008 +, р< 0.01 по ОСТ 3.1901-95 для X = 0.532 мкм. Оптичні вимоги до решти граней кристала, в тому числі верхній межі А, відповідали вимогам, описаним в [2].

    про

    Поперечні ультразвукові хвилі зі швидкістю і = 3.6-10 м / с порушувалися в напрямку осі Z зустрічно-штирьовим перетворювачем (ВШП), нанесеним на верхню грань кристала (площину XY) з орієнтацією штирів уздовж осі X. Світло з Х = 0.532 мкм від лазерного джерела типу KLM-D532-50 з поляризацією, перпендикулярної напрямку поширення ультразвуку, подавався на грані кристала LiNbU3 в напрямку осі Y. Період розташування штирів в ВШП вибирався виходячи з вимоги завдання / = 1.75 ГГц; число перетворювачів (N -1) (N - число електродів в ВШП) визначалося смугою пропускання, яка дорівнює 500 МГц; вибір довжини електродів ВШП H обмежувався, з одного боку, допустимим рівнем його неузгодженості в смузі А / ^ і, з іншого - шириною апертури падаючого на Егуд лазерного випромінювання.

    1 Діапазон прозорості LiNbU3 становить 0.4 ... 4.5 мкм.

    2 Виробник ЗАТ "ФТІ-Оптронік", м.Санкт-Петербург.

    Мал. 1 Рис. 2

    Відзначимо, що стосовно до обраної геометрії акустооптичного взаємодії твір км 2 (до - коефіцієнт електромеханічного зв'язку, що характеризує

    ефективність "поверхневого" Егуд; М2 - коефіцієнт акустооптичного якості)

    був близький до максіальному [3].

    Геометрія еквідистантним ВШП і структура системи збудження ультразвуку наведені на рис. 3. Відмінною особливістю системи збудження було нанесення безпосередньо на верхню грань кристала крім самого ВШП елементів його узгодження з зовнішньої СВЧ-ланцюгом. Цими елементами є індуктивний шлейф Ьу

    (Включених паралельно ВШП) і послідовний контур, що складається з шлейфу Ь2 і конденсатора С3, причому конденсатор С3 конструктивно виконаний у вигляді другого ВШП, просторово винесеного з області акустооптичного взаємодії. Величина індуктивності Ьу вибиралася з умови забезпечення резонансу на частоті / = 1750 МГц.

    Доцільність виконання узгоджувальний ланцюга у вигляді послідовного контуру Ь2С3 обумовлена ​​тим, що, як показано в [4], саме для такої конфігурації елементів можливо забезпечити умови, при яких не потрібно використовувати додатковий трансформатор для забезпечення узгодження ВШП з 50-омним СВЧ-трактом.

    Мал. 3

    Мал. 5 Рис. 6

    Повна еквівалентна схема електродинамічної системи збудження об'ємних ультразвукових хвиль приведена на рис. 4. У неї крім перерахованих раніше елементів включені наступні: на вході конденсатор С ^, що відображає ємність контактної площадки ВШП; опір випромінювання ВШП ^ ізл1; резистори і Rп2, що враховують омические і інші втрати в паралельному і в послідовному контурах; індуктивність короткого шлейфу Ь $; опір випромінювання другого ВШП RШд2. Зауважимо, що

    в загальному випадку Rіздl * Rізд2.

    Теоретична і експериментальна (для одного зразка) залежності коефіцієнта стоячої хвилі (КСВ) електричного входу в діапазоні частот 1.5 ... 2.0 ГГц наведені на рис. 5. Для всіх розроблених Егуд поблизу частоти / КСВ мав мінімальне значення,

    що не перевищує 1.8. На граничних частотах 1.5 і 2.0 ГГц середні значення КСВ були рівні 6 і 3 відповідно.

    Незважаючи на настільки значні варіації КСВ амплітудно-частотна характеристика Егуд, зафіксована у вигляді зміни інтенсивності діфрагованого світла від частоти вхідного сигналу (рис. 6), мала смугу робочих частот 600.650 МГц за рівнем нерівномірності 4 дБ. Максимальне значення п при цьому знаходилося в межах 1.5 ... 2% / Вт.

    Розроблений Егуд з поверхневим порушенням ультразвуку на Х = 0.532 мкм і смугу робочих частот А / ^ = 500 МГц має втричі більшу п, ніж аналогічні Егуд

    з Х = 0.65 мкм [2]. При необхідності розробки Егуд на основі ИИЬОз з великими

    А / ^ або п доцільно використовувати для них джерела з ще меншою довжиною

    хвилі. Така можливість сьогодні реальна: виробники напівпровідникових лазерів пропонують велику номенклатуру лазерів з X аж до 0.4 мкм, придатних для застосування в складі когерентних засобів обробки інформації. Однак при розробці подібних Егуд слід брати до уваги, що чутливість більшості фотоприйомних пристроїв, застосовуваних у складі Егуд, різко падає при X < 0.5 мкм .

    бібліографічний список

    1. Гордон Е. І. Огляд по акустооптичні відхиляють і модулирующим пристроїв // ТІІЕР. 1966. Т. 54, № 10. С. 181-192.

    2. Роздобудько В. В., Бакарюк Т. В. акустооптичні СВЧ-дефлектор з поверхневим порушенням ультразвуку // Прилади і техніка експерименту. 2003. № 1. С. 74-76.

    3. Акустичні кристали: Довідник / А. А. сяйво, В. С. Бондаренко, В. В. Чкалов і ін .; Під ред. М. П. Шаскольский. М .: Наука, Гл. ред. фіз.-мат. лит., 1982. 633 с.

    4. Напівпровідникові параметричні підсилювачі і перетворювачі СВЧ / В. С. Еткин, А. С. Берлін, П. П. Бобров та ін .; Під ред. В. С. Еткіна. М .: Радио и связь, 1983. 304 с.

    M. I. Pelipenko, V. V. Rozdobudko

    Taganrog technological institute of southern federal university Acoustooptical SHF deflector for the wavelength 0.532 microns

    Description of the SHF acousto-optic deflector, working at the light wavelength 0.532 microns is presented. In decrypted deflector the ultrasound is generated by system of antiphased interdigital transducers from surface of Z-cut crystal LiNbO3. Distinctive feature of the acousto-optic deflector is the increased value ofproduct of its bandwidth and diffraction efficiency.

    Acousto-optic, acousto-optic deflector, Bragg diffraction, interdigital transducer

    Стаття надійшла в реакцію 6 вересня 2007 р.


    Ключові слова: акустооптика / акустооптичні дефлектори / ACOUSTO-OPTIC DEFLECTOR / ДИФРАКЦІЯ Брегг / BRAGG DIFFRACTION / Зустрічно-штирьовий перетворювач / INTERDIGITAL TRANSDUCER / ACOUSTO-OPTIC

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити