用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器制造技術

本發明專利技術提供一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，換能器匹配安裝在聲光介質上的一面為曲面，通過對曲面的曲率進行設計，以使聲波經過曲面傳輸至聲光介質后，聚焦投射到聲光介質內形成的光場區域發生聲光衍射。本發明專利技術通過將換能器安裝在聲光介質上的一面設計為曲面，并對該曲面的曲率進行設計，可以將更多的聲波能量聚焦投射到聲光介質內形成的光場區域內發生聲光衍射，從而可以提高衍射效率。

【技術實現步驟摘要】
用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器
本專利技術屬于體波聲光器件領域，具體涉及一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器。
技術介紹
體波聲光器件是利用聲光互作用原理控制光強度、頻率、波長、空間位置等的光電子器件，主要由聲光介質、換能器、匹配電路及封裝外殼組成，其中換能器是體波聲光器件的聲場激勵源，安裝在聲光介質上，其作用是將外部射頻電信號轉換為相同頻率的超聲波。體波聲光器件在某些特定的應用(如對光幅度進行高速調制、大帶寬移頻)中，需要在聲光介質中形成光束束腰很小，光發散角很大的光場分布，如圖1所示，其中α表示光發散角。為了獲得理想的調制幅度、頻率帶寬響應，需要采用發散角與光發散角相匹配的聲場參與聲光衍射，即圖1中光發散角α與聲發散角β相匹配。目前，通常采用圖1至圖2所示的平面換能器結構來保證光發散角α與聲發散角β相匹配，但是在這種結構中，換能器2在將聲波傳輸至聲光介質1后，在聲光介質中形成喇叭狀聲場區域，此時僅有少量的聲波進入到聲光介質1的光場區域11內發生衍射。由此，現有技術中的換能器雖然能夠保證光發散角α與聲發散角β相匹配，但是進入光場區域內的聲波較少，衍射效率較低。
技術實現思路
本專利技術提供一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，以解決目前換能器雖然能夠保證光發散角與聲發散角相匹配，但衍射效率較低的問題。根據本專利技術實施例的第一方面，提供一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，換能器匹配安裝在聲光介質上的一面為曲面，通過對所述曲面的曲率進行設計，以使聲波經過所述曲面傳輸至所述聲光介質后，聚焦投射到所述聲光介質內形成的光場區域發生聲光衍射。在一種可選的實現方式中，光波傳輸至所述聲光介質后在所述聲光介質內形成光場區域，聲波由所述曲面的換能器激發，沿著與所述光波傳輸方向垂直的方向傳輸至所述聲光介質，在所述聲光介質內形成沙漏狀聲場區域。在另一種可選的實現方式中，通過對所述曲面的曲率進行設計，以對所述沙漏狀聲場區域的中心連接部與所述光場區域的相對位置關系進行調節，從而使更多的聲波能量聚焦投射到所述光場區域內發生聲光衍射。在另一種可選的實現方式中，若所述曲面的曲率大于或者小于預設范圍值，則聚焦投射到所述光場區域內的聲波能量將減少。在另一種可選的實現方式中，所述曲面的厚度在所述曲面法線方向上均勻相等，且為所述聲波的中心頻率點被最高效率激發對應的厚度。在另一種可選的實現方式中，所述曲面的曲率與所述聲波的發散角的大小有關。在另一種可選的實現方式中，所述曲面沿著所述光波傳輸方向和/或沿著垂直于所述光波傳輸的方向彎曲。在另一種可選的實現方式中，所述聲光介質用于安裝所述曲面的安裝面為具有所述曲面相同曲率的曲面。在另一種可選的實現方式中，所述換能器與所述聲光介質安裝表面緊密貼合。在另一種可選的實現方式中，所述曲面由多個曲率相同或者不同的曲面相交構成。本專利技術的有益效果是：1、本專利技術通過將換能器安裝在聲光介質上的一面設計為曲面，并對該曲面的曲率進行設計，可以將更多的聲波能量聚焦投射到聲光介質內形成的光場區域內發生聲光衍射，從而可以提高衍射效率；2、本專利技術通過對曲面的曲率設定一定的范圍值，并在該范圍值內對曲面曲率進行調整，可以提高曲面曲率設計效率；3、本專利技術通過使曲面的厚度在曲面法線方向上均勻相等，且為聲波的中心頻率點被最高效率激發對應的厚度，可以提高聲波的激發效率，保證有更多的聲波能量聚焦投射到聲光介質的光場區域內，從而可以進一步提高衍射效率；4、本專利技術通過使曲面曲率的設計與聲波發散角的大小相關聯，可以在保證光波與聲波發散角相匹配的基礎上，提高衍射效率；5、本專利技術通過使曲面沿著所述光波傳輸方向和沿著垂直于所述光波傳輸的方向彎曲，可以使曲面形成兩個曲面相交構成的曲面，從而可以進一步將更多的聲波能量聚焦投射到光場區域內，從而可以進一步提高衍射效率。附圖說明圖1是現有技術中換能器的一個實施例主視圖；圖2是現有技術中換能器的一個實施例側視圖；圖3是本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第一實施例的主視圖；圖4是本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第一實施例的側視圖；圖5是本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第二實施例的主視圖；圖6是本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第二實施例的側視圖；圖7是本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第三實施例的主視圖；圖8是本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第三實施例的側視圖。具體實施方式為了使本
的人員更好地理解本專利技術實施例中的技術方案，并使本專利技術實施例的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術實施例中技術方案作進一步詳細的說明。在本專利技術的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。本專利技術實施例提供一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，其匹配安裝在聲光介質上的一面為曲面，通過對該曲面的曲率進行設計，以使聲波經過該曲面傳輸至聲光介質后，聚焦投射到聲光介質內形成的光場區域發生聲光衍射。其中，光波傳輸至聲光介質后在聲光介質內形成光束束腰很小，光發散角很大的光場區域，聲波由所述曲面的換能器激發，沿著與所述光波傳輸方向垂直的方向傳輸至所述聲光介質，在聲光介質中形成沙漏狀聲場區域。通過對換能器曲面的曲率進行設計，可以對沙漏狀聲場區域的中心連接部與光場區域的相對位置關系進行調節，從而使更多的聲波能量聚焦投射到光場區域內發生聲光衍射，提高衍射效率。例如，當對沙漏狀聲場區域的中心連接部與光場區域的相對位置關系進行調節后，聚焦投射到光場區域內的聲波能量大于圖1和圖2所示喇叭狀聲場區域聚焦投射到光場區域內的聲波能量時，衍射效率將得到提高。但是，經申請人研究發現，曲面的曲率具有一定的取值范圍，若曲面的曲率大于或小于預設范圍值，則聚焦投射到光場區域內的聲波能量將減少。為了盡量減少聲波經過曲面時的損耗，曲面的厚度在曲面法線方向上均勻相等，且為聲波的中心頻率點被最高效率激發對應的厚度。由于聲波激發的效率高，因此傳輸至聲光介質的聲波能量較大，聚焦投射到光場區域的聲波能量也較大，由此可以進一步提高衍射效率。另外，經申請人研究發現，曲面曲率的設計還與聲波發散角的大小密切相關。為了保證聲波與光波的發散角相匹配，可以首先對曲面的曲率進行設計，以保證聲波與光波的發散角匹配，若此時聲波在聲光介質中形成的沙漏狀聲場區域的中心連接部與光場區域的相對位置關系不足以使更多的聲波能量聚焦投射到光場區域，則可以對入射光波沿入射垂直方向進行平移，以使沙漏狀聲場區域的中心連接部位于光場區域內。需要注意的是：所述曲面可以是曲率固定的一個曲面，也可以是由曲率相同或者不同的多個曲面相交構成，當曲面由多個曲面相交構成時，可以將更多的聲波能量聚焦投射到光場區域內，從而可以進一步提高衍射效率。參見圖3和4，依次為本專利技術用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器的第一實施例的主視圖和側視圖。該換能器2匹配安裝在聲光介質1上的一面為曲面，該曲面沿著垂直于光波傳輸(圖4中箭頭方向)的方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，其特征在于，換能器匹配安裝在聲光介質上的一面為曲面，通過對所述曲面的曲率進行設計，以使聲波經過所述曲面傳輸至所述聲光介質后，聚焦投射到所述聲光介質內形成的光場區域發生聲光衍射。

【技術特征摘要】
1.一種用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，其特征在于，換能器匹配安裝在聲光介質上的一面為曲面，通過對所述曲面的曲率進行設計，以使聲波經過所述曲面傳輸至所述聲光介質后，聚焦投射到所述聲光介質內形成的光場區域發生聲光衍射。2.根據權利要求1所述的用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，其特征在于，光波傳輸至所述聲光介質后在所述聲光介質內形成光場區域，聲波由所述曲面的換能器激發，沿著與所述光波傳輸方向垂直的方向傳輸至所述聲光介質，在所述聲光介質內形成沙漏狀聲場區域。3.根據權利要求2所述的用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，其特征在于，通過對所述曲面的曲率進行設計，以對所述沙漏狀聲場區域的中心連接部與所述光場區域的相對位置關系進行調節，從而使更多的聲波能量聚焦投射到所述光場區域內發生聲光衍射。4.根據權利要求1或3所述的用于聚焦光束聲光衍射的高衍射效率換能器，其特征在于，若所述曲面的曲率大于或者小于預設范圍值，則聚焦投射到所述光場區...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳華志，周建國，王智林，曹家強，劉玲，霍宇佳，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第二十六研究所，
類型：發明
國別省市：重慶,50