Способ сканирования светового пучка

 

Применение: в физической оптике, сканирующих системах. Сущность изобретения: последовательное пропускание излучения через ультразвуковые волны, бегущие в противоположных направлениях, позволяет реализовать метод частотного кодирования пучка света. 1 ил.

Изобретение относится к физической оптике, сканирующим лазерным устройствам и может быть использовано в навигации, системах обработки информации и других технических приложениях, где используется управляемое отклонение лазерного излучения с определением его углового отклонения.

Известен способ сканирования пучка света на брегговской дифракции (Ребрин Ю. К. Управление оптическим лучом в пространстве. М.: Сов. радио, 1977), который заключается в следующем: формируют пучок света и пропускают его через бегущую ультразвуковую волну и тем самым отклоняют его на угол, пропорциональный частоте ультразвуковой волны.

При этом частота отклонения света смещается по отношению к падающему свету на величину частоты ультразвуковой волны. Получить информацию о величине угла отклонения пучка света не представляется возможным, так как нестабильность современных лазерных генераторов света гораздо выше частот ультразвуковой волны.

Таким образом, в известных устройствах невозможно получить количественную информацию об угле отклонения пучка света, что необходимо при ряде практических приложений.

Известен способ кодирования информации об угле отклонения светового пучка (авт.св. СССР N 936724, кл. G 08 G 7/00, 1982), в котором используют электромагнитную амплитудную модуляцию, а также операции преобразования и вычисления с применением оптических, электронных и электромеханических средств.

Данный способ не позволяет получать прямым путем количественные значения угла отклонения светового пучка и требует для реализации сложные технические средства.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ сканирования светового пучка, основанный на брэгговской дифракции посредством изменения частоты ультразвуковой волны (Балакший В.И. и др. Физические основы акустооптики, с. 164).

Основным недостатком способа является принципиальная невозможность частотного кодирования информации об угле отклонения светового пучка непосредственно при брэгговской дифракции.

Целью изобретения является возможность частотного кодирования информации об угле отклонения непосредственно при брэгговской дифракции.

Для решения данной цели предложен следующий способ. Световой пучок пропускают через бегущую ультразвуковую волну, которая отклоняет часть светового пучка на угол, пропорциональный частоте ультразвуковой волны. Затем пучок света пропускают через вторую ультразвуковую волну, максимально приближенную к первой, бегущую в противоположном направлении и аналогичную первой, которая также отклоняет часть света. За счет этого формируют суммарный отклоненный пучок света, включающий два дифрагированных пучка и несущий информацию об угле отклонения.

Существенность отличия предложенного решения определяется следующим. Пучок света отклоняют дважды так, что на пеpвом этапе это осуществляют акустической волной одного направления, а затем волной другого направления. Каждой волной отклоняют падающий пучок света на одинаковые углы. В результате частоты пучка света в одном случае увеличивают на величину частоты акустооптической волны, а в другом случае уменьшают на частоту второй волны. На выходе отклоненный пучок света в своем составе имеет информационные данные об угле отклонения в виде изменения частоты.

Не известны технические решения, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемое решение от прототипа, поэтому данное решение обладает существенными отличиями.

На чертеже схематично изображено устройство для реализации предложенного способа. Узлами устройства являются последовательно расположенные лазер 1, коллиматор 2, акустооптические ячейки 3 и 4, диафрагма 5, линза 6 и высокочастотный фотодиод 7.

Устройство работает следующим образом.

Формируется когерентный лазерный пучок света с помощью лазера 1 и коллиматора 2. Затем сформированный пучок света пропускают через первую акустооптическую ячейку 3, в которой в светозвукопроводе распространяется ультразвуковая волна, на которую свет падает под углом Брэгга. Проходя через акустооптическую ячейку 3, световой пучок отклоняется на угол, пропорциональный частоте акустической волны. При этом частота отклоненного пучка света изменяется на частоту ультразвуковой волны. Затем свет, прошедший через ячейку 3, пропускают через вторую акустооптическую ячейку 4. Последняя сориентирована таким образом, что акустическая волна распространяется под таким же по величине углом к световому пучку, но в направлении, противоположном ультразвуковой волне в первой ячейке 3. При этом световой пучок отклоняется на тот же угол, что и в первой ячейке, так как частоты акустической волны равны. Частота света смещается на ту же частоту, что и в первой ячейке, но с противоположным знаком. Отклоненные ячейками пучки света распространяются по одному угловому направлению, пропорциональному частоте акустической волны. Изменяя частоту, подаваемую на ячейки, тем самым изменяют угол отклонения света, т.е. можно сканировать световой пучок одновременно ультразвуковыми брэгговскими ячейками. При этом оба отклоненных пучка распространяются по одному направлению, пропорциональному частоте звука, а их частоты отличаются одна от другой на двойную частоту звука. Следовательно, отклоненный пучок света несет информацию о двойной частоте звука, отклонившего этот световой пучок. Так как частота звука пропорциональна углу отклонения света, то отклоненный пучок несет информацию об угле отклонения света. Неотклоненный свет, прошедший через две ячейки, задерживается диафрагмой 5. Измерение угла отклонения, т.е. фиксирование информации об угле отклонения светового пучка, осуществляется путем регистрации частоты интерференции двух отклоненных световых пучков. Для этой цели применены линза 6 и в ее фокусе высокочастотный фотодиод 7.

Экспериментальная установка имеет источник излучения (например, одночастотный лазер ЛГ52-3) и коллиматор, расширяющий лазерный пучок до световой апертуры, необходимой для обеспечения максимального разрешения дефлекторных акустооптических ячеек.

Ячейки выполнены со светозвукопроводом из парателлурита и пьезопреобразователем на сдвиговую акустическую волну из кристалла ниобата лития. Рабочие частоты f = 50-100 МГц. Световая апертура 6 мм. Таким образом, разрешение ячеек N = Δ f D/V = 50 точек по критерию Релея, где V = 6 км/с - скорость звука в парателлурите.

В приемном устройстве электрический сигнал с высокочастотного фотоприемника усиливается усилителем УЗ-33 и фиксировался частотометром УЗ-34. Кроме того, принятый высокочастотный сигнал, равный двойной частоте возбуждения акустооптических ячеек, наблюдался на осциллографе. Сигнал был чистый - фон не просматривался.

Предложенный способ обладает следующими техническими достоинствами. Использование способа позволяет реализовать частотное кодирование пучка света при сканировании, связанное непосредственно с отклонением этого пучка. Это позволяет при приеме отклоненного пучка значительно упростить техническую реализацию такого вида измерений.

Формула изобретения

СПОСОБ СКАНИРОВАНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА, включающий направление светового пучка на ультразвуковую волну и обеспечение условий для брегговской дифракции путем изменения частоты ультразвуковой волны, отличающийся тем, что, с целью обеспечения частотного кодирования информации об угле отклонения непосредственно при дифракции, световой пучок дополнительно направляют на вторую ультразвуковую волну, бегущую в противоположном направлении, причем обе ультразвуковые волны одинаковы по параметрам.

РИСУНКИ

Рисунок 1