АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам управления лазерным излучением и может быть использована в акустооптических анализаторах спектра, измерителях параметров радиосигналов диапазона СВЧ, а также в системах связи и радиолокации.
Известен многоканальный акустооптический дефлектор: Многоканальный акустооптический дефлектор для оперативного ГЗУ / Визен Ф.Л. [и др.] // Труды ВНИИФТРИ. - 1978. - Вып.38 (68). - С.35, содержащий светозвукопровод с металлизированной поверхностью и системой преобразователей, состоящей из пьезоэлектрического слоя, нанесенного на металлизированную поверхность звукопровода, и электродов, расположенных на свободной поверхности пьезоэлектрического слоя.
Признаками аналога, совпадающими с признаками предполагаемой полезной модели, являются светозвукопровод с металлизированной поверхностью и системой преобразователей.
Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что согласование каналов акустооптического дефлектора с внешние СВЧ трактом обеспечивается путем применения подстроечного коаксиального СВЧ резонатора, размещенного непосредственно у преобразователя. Линейные размеры такого резонатора обуславливают значительные весогабаритные параметры и сложность конструкции всего преобразователя.
5
Известен акустооптический дефлектор: Pat. 5122898 US, Int. C1. G02B 26/08. Acousto-optical Deflector / Jean-Pierre C. Picault; Assign. A.A.SA (France). - №696500; Appl. 7.05.1991; Date 16.06.1992, содержащий два светозвукопровода и два пьезопреобразователя, связанных соответствующим образом с ними и управляемые изменяющейся частотой СВЧ сигнала для генерации в светозвукопроводы акустических волн одинаковой частоты, а также цепь
согласования, расположенную отдельно от светозвукопроводов. По сути, устройство представляет собой два связанных акустооптических дефлектора в одном корпусе.
Признаками данного аналога, общими с заявляемой полезной моделью, являются светозвукопровод, пьезопреобразователь, связанный соответствующим образом со светозвукопроводом, а также цепь согласования.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является выполненная на отдельной плате цепь согласования преобразователя с внешним СВЧ трактом, требующая для своего исполнения отдельные технологические процессы, элементы и возможность размещения этой платы в корпусе акустооптического дефлектора. Последнее усложняет конструкцию и изготовление устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: акустооптический дефлектор, описанный в книге Бондаренко B.C. Акустооптические модуляторы света /B.C.Бондаренко, В.П.Зоренко, В.В.Чкалова. - М.: Радио и связь, 1988. - 136 с.: ил. - (Массовая б-ка инженера «Электроника») на с.86-88.
Устройство-прототип (фиг.1) в своем составе содержит светозвукопровод 1, выполненный в виде призмы, на одну из боковых граней которого свет падает под углом Брэгга, а дифрагирует через противоположную боковую грань, пьезопреобразователь 2, размещенный на одной из граней призмы и возбуждающий объемные ультразвуковые волны, цепь согласования, выполненную на отдельной плате 3 в виде микрополосковой линии с подстроечными конденсаторами 4 и электродом 6, при этом электрический сигнал подается через входной СВЧ разъем 5.
Признаками выбранного прототипа, общими с заявляемой полезной моделью, являются светозвукопровод, выполненный в виде призмы, на одну из боковых граней которого свет падает под углом Брэгга, а дифрагирует через противоположную боковую грань, причем на одной из граней призмы размещен возбуждающий объемные ультразвуковые волны пьезопреобразователь, на
который электрический сигнал подается через входной СВЧ разъем и цепь согласования, включающую в себя набор индуктивных и емкостных элементов.
В основу принципа работы прототипа положено известное свойство, заключающееся в том, что в пьезопреобразователе 2, на основе обратного пьезоэффекта, под действием приложенного электрического поля формируются упругие акустические волны. Эти волны распространяются от преобразователя вглубь светозвукопровода 1 посредству акустического контакта. Распространяясь в светозвукопроводе, акустические волны создают локальные изменения показателя преломления. Такая периодическая структура движется в светозвукопроводе со скоростью звука, проходя через которую свет дифрагирует подобно рентгеновским лучам в кристаллической решетке. После дифракции, на выходе из дефлектора, формируется дифракционный спектр, содержащий прошедший и продифрагированный лучи. Именно продифрагированный луч является информационным, так как его пространственное положение определяется частотой СВЧ сигнала, поданного на вход акустооптического дефлектора. Сам пьезопреобразователь 2 является комплексной нагрузкой, для передачи максимальной энергии в которую необходимо выполнить согласование ее с внешним СВЧ трактом. Для этого используется цепь согласования. В устройстве-прототипе она выполнена на отдельной плате 3.
Причиной, препятствующей достижению прототипом требуемого технического результата, является размещение цепи согласования преобразователя на отдельной плате с использованием подстроечных конденсаторов и проводника между согласующей цепью и электродом преобразователя. Сам светозвукопровод крепится к плате с цепью согласования, при этом габариты всего устройства определяются главным образом размерами платы.
Задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является достижение малогабаритности, простоты и жесткости конструкции акустооптического дефлектора.
Технический результат достигается тем, что цепь согласования размещена непосредственно на грани светозвукопровода совместно с пьезопреобразователем, на которой индуктивные элементы выполнены в виде шлейфов, а емкостные элементы выполнены в виде встречно включенных электродов, кроме того, акустооптический дефлектор имеет металлический корпус.
Для достижения технического результата в акустооптическом дефлекторе, содержащем светозвукопровод, выполненный в виде призмы, на одну из боковых граней которого свет падает под углом Брэгга, а дифрагирует через противоположную боковую грань, причем на одной из граней призмы размещен возбуждающий объемные ультразвуковые волны пьезопреобразователь, на который электрический сигнал подается через входной СВЧ разъем и цепь согласования, включающую в себя набор индуктивных и емкостных элементов, причем цепь согласования размещена непосредственно на грани призмы совместно с пьезопреобразователем, на которой индуктивные элементы выполнены в виде шлейфов, а емкостные элементы выполнены в виде встречно включенных электродов, кроме того, акустооптический дефлектор имеет металлический корпус.
Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видно, что оно содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, видно, что предлагаемое устройство соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.
Для доказательства наличия причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим принцип работы предлагаемого акустооптического дефлектора и сопоставим его с работой прототипа и аналогов.
Сущность предполагаемой полезной модели, а также работа заявляемого акустооптического дефлектора поясняется на фиг.2. Устройство имеет в своем составе (фиг.2, а) помещенный в металлический корпус 1 светозвукопровод 2,
выполненный в виде призмы, на одну из боковых граней которого свет падает под углом Брэгга, а дифрагирует через противоположную боковую грань, пьезопреобразователь 3, размещенный на одной из граней призмы и возбуждающий объемные ультразвуковые волны, а электрический сигнал на него подается через входной СВЧ разъем 4 и цепь согласования 6, в которой индуктивные элементы 5 согласующей цепи выполнены в виде шлейфов, а емкостные элементы 7 выполнены в виде встречно включенных электродов (см. фиг.2, б).
3
Предлагаемый акустооптический дефлектор работает следующим образом. На входной разъем 4 (см. фиг.2, а), расположенный на металлическом корпусе 1 дефлектора подается управляющий или измеряемый СВЧ сигнал. Далее сигнал поступает в цепь согласования 6 преобразователя 3 с внешним СВЧ трактом, необходимую, для того чтобы преобразователю передать наибольшую мощность входного сигнала в рабочей полосе частот. Индуктивные 5 и емкостные 7 элементы цепи согласования необходимы для компенсации реактивной составляющей полного комплексного сопротивления преобразователя. Индуктивные элементы выполнены в виде шлейфов (могут быть короткозамкнутыми или разомкнутыми), а емкостные элементы в виде встречно включенных электродов. Затем сигнал поступает на преобразователь 3, представляющий собой систему металлических электродов, нанесенных на поверхности пьезокристалла 2, например, ниобата лития (LiNbО). Преобразователь и цепь согласования представляют собой единую электродинамическую систему, размещенную на одной из граней светозвукопровода 2 акустооптического дефлектора. Изготовление преобразователя и согласующей цепи основано на известной технологии для устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ), и происходит в едином технологическом цикле. Под действием подаваемого СВЧ сигнала, на электродах преобразователя образуется электрическое поле. Так как это поле формируется на поверхности пьезокристалла, то на основе обратного пьезоэффекта, оно приводит к возникновению акустических волн в
светозвукопроводе вблизи поверхности. Эти волны, распространяясь вглубь кристалла, создают локальные изменения показателя преломления среды. Период расположения такой структуры соответствует длине акустической волны, и движется она в светозвукопроводе со скоростью звука. Лазерное излучение, падающее на входную грань светозвукопровода и проходя через среду с периодическим изменением показателя преломления под определенным углом к волновому фронту акустической волны (угол Брэгга), дифрагирует. При этом на выходе из светозвукопровода образуется два лазерных луча: прошедший и продифрагированный. Угол отклонения последнего зависит от длины акустической волны, а, следовательно, от частоты поданного на преобразователь СВЧ сигнала. Поэтому продифрагированный луч является информационным и представляет интерес для измерения параметров СВЧ радиосигналов.
Из сравнения конструкций прототипа и предлагаемого устройства (см. фиг.1 и 2) видно, что благодаря размещению согласующей цепи непосредственно на грани светозвукопровода совместно с преобразователем, в предлагаемом акустооптическом дефлекторе достигаются малые габариты конструкции, а исполнение корпуса из металлического сплава позволяет жестко и надежно защитить светозвукопровод и преобразователь от механических воздействий.
3
3
Были изготовлены и экспериментально исследованы акустооптические дефлекторы, имеющие конструкцию, описанную выше. На фиг.3 приведена фотография одного из исследованных дефлекторов, на которой показаны основные элементы устройства. Габаритные размеры изготовленных акустооптических дефлекторов составили 47×14×9 мм против 55×40×30 мм, соответствующие прототипу. Результаты экспериментальных исследований показали, что разработанные акустооптические дефлекторы, испытанные в составе акустооптических измерителей могут успешно использоваться в устройствах для измерения параметров СВЧ радиосигналов, обладая полосой рабочих частот 400÷800 МГц и более, при этом дифракционная эффективность составила 2÷0.3%/Вт соответственно.