Акустооптические устройства и их применение - Магдич Л.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Расчет частотной зависимости активной и реактивной частей с учетом свойств связующих слоев детально описан в работе [67]. Для этой цели свойства пеьзоэлектриче-ской пластины и каждого из связующих слоев представляются матрицей передачи соответствующего линейного четырехполюсника, а импеданс вьь числяется из произведения этих матриц. Для определения импеданса пьезопреобразователя с согласующей цепочкой произведение следует дополнить матрицей передачи этой цепочки. Таким способом можно подобрать схему и параметры согласующей цепочки и, задавшись необходимой полосой частот, вычислить КСВ в этой полосе.
Описанный точный метод подбора и расчета является достаточно трудоемким, тем более, что процедура перемножения матриц передач может быть выполнена лишь численным путем на ЭВМ. В работе [68] описан более простой и наглядный способ согласования пьезопреобразователя с высокочастотным трактом. Авторы этой работы обратили внимание на немонотонный характер из-
Рис. 6.5. Зависимость эквивалентной реактивности пьезопреобразователя 1/(2я/С) и шунтирующей индуктивности 2nfL от частоты / вблизи резонанса:
------ реактивность шунтирующей индуктивности
менения эквивалентной емкости пьезопреобразователя вблизи частоты резонанса (рис. 6.5). Характер изменения емкости с частотой подсказывает способ согласования, заключающийся в таком выборе шунтирующей индуктивности L, чтобы емкость пьезопреобразователя была бы скомпенсирована в трех точках диапазона ft. /2, /3. Полученное активное сопротивление трансформируется к сопротивлению высокочастотного тракта. Схема согласования, пригодная для практического применения в диапазоне частот до 200 МГц, показана ня рис. 6.6,а. Ширина полосы частот согласования опреде-
ли &)
Рис. 6.6. Типичные согласующие цепочки в акустооптических устройствах:
а - трансформаторная схема согласования; б - согласующая цепочка акустооптического дефлектора на молибдате свинца
ляется, грубо говоря, величиной /3-/ч, которая, в свою очередь, растет с увеличением коэффициента электромеханической связи пьезопреобразователя и с уменьшением различия акустических импедансов пьезопреобразователя и звукопровода. Эта схема позволяет, например, согласовать пьезопреобразователь для продольных волн из ниобата лития, рассчитанный на частоту 80 МГц, с емкостью 100 пФ, присоединенный к стеклу ТФ-7, в полосе частот от 50 до 100 МГц. На частотах выше 100 МГц обычно прибегают к секционированию пьезопреобразователя и к последовательному соединению его секций. Результирующая емкость выбирается такой, чтобы частота ее последовательного резонанса с индуктивностью провода, подводящего высокочастотный сигнал, находилась выше рабочего диапазона. В диапазоне частот 100-200 МГц трансформаторная схема позволяет согласовать в полосе около 70 МГц пьезопреобразователь из ниобата лития, присоединенный к звукопроводу из молибдата свинца. Применение согласующей цепочки, показанной на рис. 6.6,6, обеспечивает компенсацию 100
реактивности в большем числе точек и расширяет полосу пьезопреобразователя до 90 МГц.
Согласование сдвиговых пьезопреобразователей из ниобата лития, присоединенных к парателлуриту, осложняется значительным отличием акустических импедан-сов этих материалов. Для расширения полосы толщина индиевого связующего слоя выбирается такой, чтобы она могла служить четвертьволновым трансформатором. Согласующий слой и секционирование пьезопреобразователя позволяют, ограничившись трансформаторной схемой, осуществить согласование в полосе частот от 70 до 120 МГц.
Из других способов расширения полосы частот акустооптического устройства следует упомянуть о пьезопреобразователе, состоящем из двух пластин ниобата лития различной толщины, с различными резонансными частотами. Таким образом в работе [52] была получена полоса перестройки акустооптического фильтра от 54 до 175 МГц.
7. Акустооптические материалы
Для предсказания свойств акустооптического материала Пинноу [69] предложил правила, оказавшиеся достаточно эффективными. Основываясь на физических параметрах, входящих в выражение для акустооптического коэффициента качества, он установил, что его величину можно оценить, исходя из химической формулы материала и его плотности. Далее, если известна твердость и растворимость в воде, то М2 можно определить с ошибкой не более чем в пять раз. Исследования в этом же направлении продолжены в работе [8], где отмечается, например, что вещества с высоким коэффициентом качества имеют, как правило, большие акустические потери.
В настоящее время перечень материалов, рекомендуемых различными авторами в качестве акустооптических сред [8, 17, 69], превышает сто наименований. Тем не менее даже беглый обзор литературы показывает, что подавляющее большинство наиболее интересных и значительных работ в области акустооптики было сделано практически на одних и тех же немногих материалах. Еще меньшее число материалов используется в про-
101
мышленных разработках. Так, многие зарубежные фирмы, такие как Zenith и другие, в промышленных дефлекторах и модуляторах видимого диапазона отдают предпочтение одному из наименее экзотических материалов- стеклу.
