Исследование и разработка широкополосных акустооптических дефлекторов с поверхностным возбуждением ультразвука для измерителей параметров СВЧ-радиосигналов

• Автор: Пелипенко, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 175 с. : ил.

1 Анализ литературы по теме диссертационной работы

1.1 Итоги раздела

2 Собственная частотная характеристика АОД и анализ оптических потерь.

2.1 Избирательность и полоса частот АО взаимодействия

2.2 Угол падения оптического излучения при изменении частоты сигнала.

2.3 Частотная характеристика АОД

2.4 Оптимальная геометрия светозвукопровода АОД

2.4.1 АОД с прямоугольной геометрией светозвукопровода.

2.4.2 АОД с предложенной геометрией светозвукопровода.

2.5 Итоги раздела ,

3 Расчет основных энергетических параметров АОД

3.1 Геометрия взаимодействия и описание основных
элементов АОД.
3.2 Эквивалентная электрическая схема ультразвукового преобразователя
3.3 Расчет значений элементов эквивалентной схемы преобразователя
3.4 Расчет дифракционной эффективности АОД.
3.5 Итоги раздела
4 Экспериментальное исследование АОД с поверхностным возбуждением ультразвука.
4.1 Описание исследуемых АОД, их конструктивные
и технологические особенности
4.1.1 АОД диапазона 0 МГц.
4.1.2 АОД диапазона МГц
4.1.3 АОД диапазона МГц.
4.1.4 Многоканальный АОД
4.1.5 Конструкция и технология изготовления АОД.
4.2 Стенд для измерения параметров АОД.
4.3 Влияние расходимости оптического излучения на основные параметры АОД.
4.4 Влияние просветления рабочих граней кристалла АОД на его динамический диапазон
4.5 Поляризация оптического излучения при дифракции.
4.6 Исследование АОД диапазона 0 МГц
4.7 Исследование АОД диапазона МГц.
4.8 Исследование АОД диапазона МГц.
4.9 Исследование многоканального АОД.
4. Итоги раздела
5 Применение АОД в составе АО параметров радиосигналов
5.1 Типовые схемы АО измерителей
5.2 Роль АОД в составе АО измерителей.
5.3 Разработка широкополосного АО измерителя.
5.3.1 Описание АО измерителя его конструкторскотехнологические особенности
5.3.2 Экспериментальное исследование АО измерителя
5.4 Итоги раздела.
Заключение.
Список использованной литерату ры
Список работ, отражающих содержание диссертации.
Приложения.
Приложение А. Обоснование выбора ориентации светозвукопровода
АОД относительно кристаллофизических осей
Приложение Б. Акты о внедрении результатов работы
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
АО акустооптический
АОД акустооптический дефлектор
АОМ акустооптический модулятор
АЧХ амплитудночастотная характеристика
ВШП встреченоштыревой преобразователь
ДН диаграмма направленности акустического поля
КС В коэффициент стоячей волны
МАОД многоканальный акустооптический дефлектор
ОАВ объемные акустические волны
ПАВ поверхностные акустические волны
СВЧ сверхвысокочастотный
СЗП светозвукопровод АОД
ФПУ фотоприемное устройство
ЭВМ электронновычислительная машина
а ширина электрода ВШП
С0 стат ическая емкость ВШП
с период расположения электродов ВШП
с1ук компоненты тензора пьезоэлектрических модулей
Еп нормальная составляющая внешнего электрического поля Ет тангенциальная составляющая внешнего электрического поля частота акустических волн о центральная рабочая частота
Аао полоса частот аку стооптического взаимодействия Лэ электрическая полоса пропускания преобразователя АОД II ширина длина электродов ВШП к коэффициент электромеханической связи
Как коэффициент, определяемый по какому уровню распределения энергии
определяется дифракционная расходимость размер акустического луча Кпп коэффициент, определяемый по какому уровню распределения энергии определяется расходимость размер лазерного луча длина встречноштыревого преобразователя Ьц индуктивность согласующей цепи
М2 коэффициент акустооптического качества число электродов
п показатель преломления светозвукопровода ЛОД Рс мощность акустических волн
Яи сопротивление излучения ВШП
сопротивление потерь в электродах ВШП
сопротивление потерь в шинах ВИД I
полное комплексное сопротивление преобразователя
у компоненты тензора деформаций
дифракционная эффективность
Аг неравномерность дифракционной эффективности
угол Брэгга
Оп угол падения лазерною луча к фронту акустических волн расходимость оптического излучения X длина волны оптического излучения в звукопроводе ЛОД и скорость распространения акустических воли со о радиус сечения оптического пучка
ВВЕДЕНИЕ


Диссертация состоит, из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем диссертации составляет 7 страниц без приложений, включая рисунков, таблиц и библиографический список из 2 отечественных и зарубежных источников. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, обозначены цель и основные задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, показаны научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы научные положения, выносимые на защиту, приведено краткое содержание диссертационной работы. Первый раздел посвящен обзору опубликованных работ по теме диссертации, проанализированы существующие подход, и методы расчета частотных и энергетических параметров АОД, показана необходимость их модификации применительно для АОД с поверхностным возбуждением ультразвука СВЧдиапазона длин волн. На основе выполненного обзора показано, что для области СВЧ технологически проще изготовить преобразователь АОД в виде электродной структуры, обеспечивающей возможность генерации ультразвука в сверхшироких полосах частот. При этом одним из наиболее распространенных и удобных в изготовлении преобразователей является встречноштыревой. Проанализированы методы расчета и особенности конструктивнотехнологического выполнения СВЧпреобразователсй АОД и цепей их широкополосного согласования с внешним СВЧтрактом. Показана, значимость АОД для АО измерителей параметров радиосигналов, откуда, в сочетании с предъявляемыми к ним современнымитребования, следует актуальность разработки технологически доступных широкополосных АОД. Брэгга для случая ВИ1. Предложена модель учета расходимости оптического излучения 0 при дифракции на акустическом поле, сформированным ВШП в светозвукопроводе ЛОД. Впервые получено выражение для расчета полосы частот АО взаимодействия ДЮ по заданному уровню неравномерности дифракционной эффективности в зависимости от расходимости оптического излучения 0 и от длины ВШП . Предложена геометрия светозвукопровода АОД, устраняющая повторную дифракцию при внутренних отражениях лазерного луча, повышая, таким образом, точность позицирования дифрагированного луча. Выполнены и сопоставлены результаты расчетов светорассеяния в прямоугольной и предложенной геометриях светозвукопровода. Полученные в разделе результаты позволяют рассчитывать полосу частот АО взаимодействия АОД с поверхностным возбуждением ультразвука, оценивать форму частотной характеристики АОД, а также определять геометрию светозвукопровода с минимальными световыми потерями, обеспечивающую повышение точности позиционирования дифрагированного светового сигнала и дифракционной эффективности. Последнее решение защищено патентом РФ, полученным в соавторстве. Б третьем разделе в качестве начального этапа предложенного метода расчета основных энергетических параметров АОД с поверхностным возбуждением ультразвука представлен обоснованный выбор геометрии АО взаимодействия, получены соотношения, устанавливающие связь компонентов тензора деформации и направления активной составляющей возбуждающего электрического поля. ВШП непосредственно на верхней грани светозвукопровода АОД. Это упрощает конструкцию АОД в целом и снижает его весогабаритиые параметры. На данное решение получен патент на полезную модель в соавторстве. В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований АОД с поверхностным возбуждением ультразвука. Измерены основные параметры и характеристики одноканальных и многоканального АОД. Проведено экспериментальное исследование влияния расходимости оптического излучения на основные энергетические параметры и характеристики АОД. Проведено сопоставление экспериментальных данных и теоретических, рассчитанных в разделе 2 данной диссертационной работы. Разработанные для длин волн света 0. АОД исследовались в частотных диапазонах 02 ГГц, 10 ГГц и 12 ГГц. Полученные результаты подтверждают, что разработанные АОД могут с успехом применяться в составе АО аппаратуры для измерения параметров радиосигналов.