[发明专利]一种具有相控式换能器阵列的声光偏转器

说明书

技术领域

本发明属于激光扫描技术领域，具体涉及一种具有相控式换能器阵列的声光偏转器。

背景技术

声光偏转器是一种利用声光耦合作用使光束偏转的衍射器件，其原理是由键合在声光材料表面上的超声压电换能器产生超声波，由于弹光效应，在声光晶体里形成体光栅从而使光束偏转。其寻址速度达到微秒量级，其应用主要受限于其扫描范围小，而声光偏转器的扫描范围由(1)式决定

Δθ=λΔfv---(1)]]>

其中，λ为光在真空中的波长，Δf为声光偏转器带宽，v是声光材料中的声速。可见扫描范围与带宽成正比，与声速成反比。

传统单片式换能器声光偏转器提高带宽时需要减小换能器电极的长度，即声光互作用长度，为保持一定的衍射效率，换能器驱动功率和功率密度都大大增加，这在期刊文献”A Review of Acoustooptical Deflection and Modulation Devices”，E.I.Gorden，Applied optics，1966里有较详细的论述。而大驱动功率引起的热效应则会降低器件的性能和稳定性。

采用相控式换能器阵列的方法，即在声光晶体表面上有多个压电换能器，在可以通过设置相邻换能器的输入射频信号的相位差使满足布拉格条件的频率范围增加。这种设计方法最早在期刊文献”A Television Display Using Acoustic Deflection and Modulation of Coherent Light”，A.Korpel at el，IEEE Proc，1966里提出。

相控式换能器阵列的一种简单实现方法是采用串联相邻换能器的方法，这种方法中相邻换能器的相位差固定是180度，称为一级跟踪法，工艺上分平面工艺和阶梯工艺两种。这种方法相关的专利有美国专利U.S.Pat.No.3493759和U.S.Pat.No.4671620。一级跟踪方法用在各种同性声光器件(也称正常布拉格器件)中可以有效地提高带宽。

但正常布拉格器件材料的声速一般较大，难以实现大的动态扫描范围，常用的声速小的器件采用沿二氧化碲[110]轴传播的慢切变超声波，属于双折射声光器件，也称为反常布拉格器件，是指入射光与衍射光的偏振态相互垂直。反布拉格器件可以采用慢模入射和相切条件提高带宽，其中慢模入射是指入射光偏振态的折射率大于衍射光偏振态的折射率；相切条件是指带宽内在某个频率下，衍射光波失量垂直于超声波矢量，满足相切条件的频率点称为极值点，这种方法一般用在单片式换能器结构的声光器件设计中。

在期刊论文”Birefringent Phased Array Bragg Cells”，I.C.Chang，Ultrasonics Symposium，1985里提到了将一级跟踪法和反常布拉格器件相切条件结合起来的方法，相关的专利有美国专利U.S.Pat.No.5576880。但在”Generalized phased array Bragg interaction in anisotropic crystals”，Eddie H.Young at el，Optical Technology for Microwave Applications V，1991中指出，采用一级跟踪法跟踪极值点附近的布拉格角时，跟踪误差较大，效果不及采用快模入射的情况。