среде акустического поля и на зависимости показателя преломления некоторых материалов от величины приложенного к ним напряжения.

Схема ультразвукового отклоняющего устройства показана на рис. 5.27. Оно представляет собой сосуд, заполненный жидкостью, в которой возбуждается стоячая ультразвуковая волна. Изменение давления вцоль оси г подчиняется следующему закону:

ДР = ДРмакс cos 2 лгДуcos Юу,

где ДРмакс - максимальное изменение давления, вызванное ультразвуковой волной; Ху - длина ультразвуковой волны в жидкости; Юу - частота ультразвуковых колебаний; г - текущее расстояние в направлении $)аспространения звуковой волны.

При периодическом изменении давления возникают области сжатия *i разрежения среды, т. е. изменяется ее плотность, а следовательно, и показатель преломления п. Изменение показателя преломления кп.= п- 0 = = Дпмакс sin Юу (t - г/ч), где v - скорость распространения звука в среде; Дпмакс- -максимальное изменение показателя преломления, среды, соответствующее изменению давления ДРмаис-

Вследствие изменения показателя преломления среды световой луч, распространяющийся перпендикулярно градиенту показателя преломления, тклоняется (вдоль оси у на рис. 5.27).

Радиус кривизны R светового луча можно найти из выражения i/R = {dn/dz)/n. Максимальное значение углового отклонения луча

J L(\ М.л

макс- D ~ Г макс.

R п \ dz Умакс riky

я-де / - длина ячейки.

Для определения величины /.niic/n воспользуемся формулой Ло-jjeHTU - Лоренца:

п2 -I I

р

- = const,

где р - плотность среды ультразвуковой ячейки. Нетрудно видеть, что

Аммане (п^ -1) (n-f2) Армакс

п W р

Так как для адиабатического процесса, каким являются сжатие и раз-эежение жидкости в ультразвуковом поле, справедливо выражение

Дрмакс = АРмакс/г^. то пПп^-\) ( -Ь2)АРмакс .1

еде к - коэффициент пропорциональности.

Из формулы (5.10) следует, что максимальное угловое отклонение луча бмакс при его прохождении через ультразвуковую ячейку прямо пропорционально длине пути луча в звуковом поле и максимальному изменению дав-.ления и обратно пропорционально длине ультразвуковой волны в отклоняющей среде.

Оптико-акустические характеристики материалов, применяемых в ультразвуковых отклоняющих устройствах

Длина ячейки I не может быть большой. Оптимальное значение I выбирается из условия, что максимальное отклонение луча на длине ультразвуковой ячейки не должно превышать Яу/2 или Ky/i в зависимости от места падения светового луча относительно пучности ультразвукового поля.

В ультразвуковых отклоняющих устройствах можно использовать не только стоячую, но и бегущую ультразвуковую волну, однако при этом максимальный угол отклонения луча вдвое меньше.

Основное требование, предъявляемое к среде для использования в ультразвуковых отклоняющих устройствах, заключается в большом отношении-п/р и малой скорости v распространения ультразвуковых колебаний. Этому требованию удовлетворяют материалы, характеристики которых приведены Б табл. 5.10.

Особенностью твердотельных ультразвуковых отклоняюших устройств является заметное двойное лучепреломление. Например, при прохождении излучения через кварц вследствие двойного лучепреломления возникают два параллельных пучка лучей, отклоняющихся синфазно в одной плоскости под разными углами. Плоскости поляризации лучей взаимно перпендикулярны. Несмотря на это, твердые материалы (прозрачные пьезоэлектрические кристаллы) широко применяют в ультразвуковых отклоняющих устройствах.

Метод ультразвукового отклонения луча лазера характеризуется высокой надежностью и легкостью изменения параметров сканирования. При этом методе по сравнению с другими методами управления ориентацией луча используются более низкие управляющие напряжения. Его можно применить, в аппаратуре картографирования с высокой разрешающей способностью, а также в системах распознавания целей.

С помощью электрооптических отклоняющих устройств можно получить большие скорости отклонения луча лазера и высокую разрешающую способность. Они имеют высокую механическую прочность, так как используют кристаллические материалы. Схема электрооптического отклоняющего устройства показана на рис. 5.28. Под действием электрического поля, при-

Vuc. 5.28. Электрооптическое отклоняющее устройство с квадрупольвым расположением электродов: / - электроды; 2 - электрооптический кристалл; 3 - диэлектрический наполнитель; 4 - диэлектрические распорки; 5 - падающий луч; 6 - продолжение падающего луча; 7 - отклонеи- ый луч.

ложенного К кристаллу 2, изменяется показатель преломления в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучения через кристалл. В результате этого траектория пучка лучей, проходящего через кристалл, искривляется.

В качестве кристаллов применяют кристаллы дигидрофосфата калия {KDP), имеющие линейный электрооптический эффект (вследствие чего угол отклонения лучей пропорционален приложенному напряжению), или сегнетоэлектр ики ВаТЮз, LiTaOg, LiNbOg, в которых наблюдается квадратичный электрооптический эффект. В случае использования кристалла KDP угол отклонения лучей 6=2 lAn/d, где d - расстояние между электродами; I - длина кристалла; Дп - изменение показателя преломления среды. При комнатной температуре величина Дп для кристалла KDP может превышать 10~*. Согласно экспериментальным исследованиям для кристалла размерами 100x6,3X3,1 мм при наложении синусоидального напряжения звуковой частоты амплитудой 7,4 кВ линейное отклонение колли-мированного пучка лучей в 8 раз превышает диаметр, что согласуется с теоретической величиной.

Чтобы получить линейное изменение показателя преломления, электрооптический кристалл помещают в неоднородное электрическое поле, имеющее градиент в направлении, перпендикулярном направлению распространения света. Такое поле создается квадрупольвым расположением электродов гиперболической формы, причем электрически соединяют между собой -электроды, расположенные один против другого по диагонали (рис. 5.28). Поэтому создается компонента поля, параллельная оси г и изменяющаяся .линейно в этом направлении. Показатель преломления света, поляризованного перпендикулярно этой компоненте поля, изменяется линейно с напряженностью поля.

Отклоняющее устройство можно также выполнить в виде призмы из кристалла с квадратичным электрооптическим эффектом (рис. 5.29, а). Призма помещается между обкладками конденсатора, к которым подводится управляющее напряжение.

Угол 6 отклонения луча меняется в зависимости от изменения показателя преломления призмы п, который, в свою очередь, зависит or напряжения Um, приложенного к обкладкам конденсатора. При этом справедливо следующее соотношение: dQ/dn = sin/cos (i]5 -f 6), где i]5 - угол при вершине призмы; 6 - угол, составляемый падающим лучом с нормалью к грани призмы.

Производная dQIdn стремится к бесконечности, если + 6 стремится к 90°. Отсюда следует, что эффективность рассматриваемого способа максимальна, если выходящий луч скользит вдоль грани призмы. В действитель- ости угол 1]5 -Ь 6 выбирается несколько меньше 90°, так что выходящий из лризмы луч образует с гранью призмы небольшой угол & = 90° - (i]5 6).

Предположим, что показатель преломления призмы изменился на ве--личину Дп = 2 - П1. Тогда, используя соотношение п = sin (яр + -f-ej/sin i]5, найдем

51п(яр-Ю2) sin(il)-fei) 2 . бо-Oi /, , 62+61

,Дп=-:-- ----:-:-= -:-- sin---cos f -----

sin l]5

sin яр

sin г))