Акустооптический преобразователь

 

Изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением, в частности к устройствам управления излучением. Сущность изобретения: акустооптический преобразователь содержит рабочее тело, выполненное из стекла PbCl₂·PbO·SiO₂ в виде прямоугольного бруска со шлифовальными торцевыми и полированными боковыми гранями, и пьезоэлектрический датчик, прикрепленный к одной из торцевых граней. Устройство позволяет расширить арсенал средств указанного назначения с одновременным упрощением технологии изготовления и снижением требований к источникам электромагнитного излучения. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением, в частности к устройствам управления излучением.

Известно устройство, содержащее датчик и рабочее вещество - светозвукопровод. В качестве последнего обычно используются монокристаллы окисных соединений, например молибдат свинца, ниобат и танталат лития и другие, и аморфные материалы: плавленый кварц, теллуриттные и халькогенидные стекла, тяжелый флинт [1] Недостатком этих устройств при использовании во всем видимом диапазоне спектра (0,4 0,7 мкм) является низкий коэффициент преобразования (плавленый кварц, тяжелый флинт, теллуритные стекла), низкая прозрачность в коротковолновой части видимого спектра (КРС-5, халькогенидные стекла) и сложность изготовления и высокая стоимость (монокристаллы).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является акустооптический преобразователь, содержащий пьезоэлектрический датчик и рабочее тело, в качестве которого использован ориентированный по кристаллографическим направлениям прямоугольный брусок хлорида свинца. Боковые грани кристалла подвергнуты оптической полировке, а к одному из плоскопараллельных торцов с помощью связки крепиться пьезоэлектрический датчик [2] Однако описанное устройство, позволяя получать высокий коэффициент преобразования, характеризуется сложностью изготовления рабочего тела (монокристалл хлорида свинца) и ограничением, связанным с определенной ориентацией кристаллографических осей рабочего тела в рентгендифрактометре и выбором источников электромагнитного излучения из-за оптической анизотропии хлорида свинца.

Заявляемый акустооптический преобразователь направлен на расширение арсенала технических средств указанного назначения. Технический результат, обеспечиваемый данным изобретением, заключается, во-первых, в реализации этого назначения. Во-вторых, предлагаемое устройство обеспечивает получение других технических результатов: упрощение технологии изготовления за счет упрощения изготовления рабочего тела и исключения ориентирования рабочего тела в рентгендифрактометре и снижение требований к источникам электромагнитного излучения.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в акустооптическом преобразователе, содержащем рабочее тело в виде прямоугольного бруска со шлифованными торцевыми и полированными боковыми гранями и пьезоэлектрический преобразователь, прикрепленный к одной из торцевых граней, рабочее тело выполнено из стекла PbCl₂·PbO·SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.

PbCl₂ 36 56 PbO 38 58 SiO₂ Остальное От наиболее близкого аналога заявляемое устройство отличается тем, что рабочее тело выполнено из стекла PbCl₂·PbO·SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас. PbCl₂ 36 56; PbO 38 58; SiO₂ остальное.

Устройство содержит пьезоэлектрический датчик из ниобата лития 1 (см. чертеж), рабочее тело 2 из стекла PbCl₂·PbO·SiO₂. Торцевые грани рабочего тела подвергнуты тонкой шлифовке, а боковые грани - оптической полировке. Пьезоэлектрический датчик прикреплен к одной из торцевых граней рабочего тела.

Устройство работает следующим образом.

Пьезоэлектрический датчик 1 возбуждает в рабочем теле 2 продольную упругую волну. При прохождении упругой волны в стекле вследствие упругооптического эффекта возникают изменения показателя преломления. Эти изменения приводят к образованию фазовой дифракционной решетки, период которой равен длине волны. Падающий на такую решетку световой пучок (на чертеже показан пунктиром) испытывает явление дифракции. Интенсивность дифракционного пучка зависит от показателя преломления n, упругооптической постоянной p, плотность среды ρ скорости упругой волны V и плотности акустической мощности P_ак Коэффициент преобразования, определяющий эффективность дифракции, характеризуется критерием акустооптического качества Эффективность дифракции на стекле PbCl₂·PbO·SiO₂ для световой волны с поляризацией, совпадающей с направлением распространения упругой волны, составляет 170·10^-15 c³ кг^-1, что несколько выше, чем у кристалла хлорида свинца (136·10^-15 c³ кг^-1) при распространении упругой волны в направлении [001] и поляризации света [001]
Так как в заявляемом акустооптическом преобразователе рабочее тело выполнено из стекла, оптически прозрачного вещества, то это снижает требования к источникам электромагнитного излучения, исключает ориентирование рабочего тела в рентгендифрактометре. Кроме того, технология получения рабочего тела в данном случае значительно проще, чем выращивание монокристалла для использования его в качестве рабочего тела.

Оксигалогенидные стекла системы PbCl₂·PbO·SiO₂ были синтезированы на воздухе из исходных компонентов марки о.с.ч. ч.д.а. - ч.д.а. соответственно. Отливки стекол массой до 60 г были получены из расплава путем быстрого охлаждения в изложницах. Для снятия напряжения образцы отжигали при температуре 220^oC в течение 20 ч на воздухе.

Выбранное соотношение компонентов определяется областью стеклования системы PbCl₂·PbO·SiO₂ в указанных пределах. За пределами выбранного интервала значений ингредиентов образуются поликристаллы, которые характеризуются аномально высоким рассеянием светового луча. Такие поликристаллы непригодны к использованию в качестве рабочего тела акустооптического преобразователя.

Для трех нижеприведенных примеров M₂ составила 170 CGS.

1) PbCl₂ 38 мас. PbO 58 мас. SiO₂ 4 мас.

2) PbCl₂ 58 мас. PbO 36 мас. SiO₂ 6 мас.

3) PbCl₂ 42 мас. PbO 52 мас. SiO₂ 6 мас.

Акустооптический преобразователь электромагнитного излучения на основе стекла PbCl₂·PbO·SiO₂ является прозрачным в коротковолновой части видимого спектра и может быть использован в диапазоне длин волн до 0,4 мкм.

Формула изобретения

Акустооптический преобразователь электромагнитного излучения, содержащий рабочее тело из вещества, включающего хлорид свинца PbCl₂, в виде прямоугольного бруска со шлифованными торцевыми и полированными боковыми гранями и пьезоэлектрический преобразователь, прикрепленный к одной из торцевых граней, отличающийся тем, что рабочее тело выполнено из стекла PbCl₂·PbO·SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.

PbCl₂ 38 58
PbO 36 58
SiO₂ Остальноег

РИСУНКИ

Рисунок 1