Введение к работе
Актуальность темы. Последние десятилетия характеризуются интенсивным развитием оптических методов обработки информации, что объясняется широкими возможностями их практического применения при решении многих сложных технических задач. К ним, в частности, относятся обработка изображений в телевизионной технике и астронавигации, создание.,оптических аналоговых и цифровых вычислительных машин, исследование природных ресурсов. Оптические методы и устройства обладают рядом специфических особенностей, которые выгодно отличают их от других методов обработки информации. Основными из этих особенностей являются предельно высокое быстродействие, шрокополосность, двумерность . возможность перестройки для обработки различных видов сигналов (адаптивность).
Реализация систем оптической обработки информации, обладающих указанными достоинствами, связана с необходимостью решения ряда научно-технических проблем. Одной из них является разработка устройств ввода-вывода информации в оптическую обрабатывающую систему и возможности достаточно простой, эффективной, быстродействующей коммутации этой информации в пределах данной системы.
Наиболее перспективными устройствами такого рода являются акустооптические (АО) модуляторы (АОМ) и дефлекторы (АОД) света разработке и исследованию которых посвящена данная диссертация. Принцип работы этих приборов основан на явлении дифракции света на ультразвуке (УЗ). Изменяя частоту УЗ можно селективно менять любой рабочий параметр светового излучения: амплитуду, частоту, фазу, поляризацию, направления распространения и тем самым, 'осуществлять модуляцию этих параметров информацией , поступающей на вход устройсгва. Интерес к акустооптическим устройствам (АОУ) объясняется тем, что они позволяют обрабатывать сигналы со значительной полосой пропускания (более 1 ГГц), высокоэффективны * 70 т 90'.), обладают достаточным быстродействием (<* 1 мкс), относительно просты в изготовлении, малогабаритны, имеют низкую стоимость и малую потребляемую мощность. АОД могут ьаити применение в целом ряде устройств : блоке развертки лазерного проекционного телевидения и светового осциллографа, системах лоиска и слежения за движущимися объектами, для считывания и записи сиг-
_ 4 -
налов в оптической и голографической памяти. Не менее вахной проблемой является создание АОУ, функционирующих в инфракрасном диапазоне длины волны света. Подобные устройства находят все большее применение в системах оптической связи.
Целью диссертационной работы являются создание и исследование АОД с заданными техническими характеристиками на основе АО взаимодействия в стеклах и кристаллах для их предполагаемого использования в разрабатываемых системах оптической оораоотки информации как видимой, так и ИК- области спектра. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
і. Провести теоретический анализ сканирования светом и его модуляции на основе изотропной и анизотропной дифракции Брэгга с использованием естественной расходимости акустического пучка.
-
Разраоотать технологический .маршрут изготовления АО приборов. . ' "
-
Изготоеить установку для диффузионной сварки пьезоэлектрического преобразователя со светозвукопроводом.
-
Исследовать физические и технические характеристики АОД, созданные на основе плавленного кварца (SiOo), монокристаллов фосфида галлия (GaP) и парателлурита (Те02).
-
Исследовать оптические, акустические и акустооптические характеристики халькогенидных стекол тройных и четверных соединений для использования их в качестве рабочей среды АОУ среднего ИК-диапазона света. »
Основные положения, выносимые на защиту:
1 .Сравнительный анализ сканирования светом на основе изотропной и анизотропной дифракции Брэгга.
2.Разработка технологии диффузионной сварки пьезопреобразова-теля со светозвукопроводом и реализация 'различных вариантов экспериментальной установки, позволяющих создание элементов АОУ с требуемьш техническими параметрами для управления лазерный излучением.
3.Комплекс методов контроля качества акустической связки льегопреобрагователя со светозвукопроводом на осноєе оптических измерений структуры акутического пучка.
4.Результаты создания и комплексного исследования АО ячеек дефлекторов на S102, Gap, їе02 и халькогенидных стеклах для
- 5 -видимой и ИК областей спектра.
Объект и метод исследования. Объектами исследований являлись ячейки АОД с различными типами СЕетозвукопроводов. Эти исследования стали єсзможньаоі благодаря разработке устройств создания АОД, применению современных экспериментальных методов исследования частотных характеристик, контролю качества и надежности. Анализ экспериментального материала проводился на базе аналитических и численных расчетов на ЭВМ. Комплекс "этих методов обеспечивает достоверность полученных результатов и сделанньк
Научная новизна основных полученных, результатов состоит в следующем:
На основе сравнительного анализа изотропной и анизотропной брэгговскси дифракции света показано, что число разрешимых элементов в анизотропных дефлекторах в 8+10 раз больше, чем в изотропных. " -
На осноеє полученных аналитических выражений показано, что в зависимости от соотношения акустических импеданссв различных применяемых на практике материалов пьезопреооразователей, свето-звукопроводов и промежуточных слоев существенно меняется полса, форма и положение максимума частотней характеристики АОД, в частности, для АОД на парателлурите получена характерная двугорбая частотная характеристика.
Предложен и обоснован комплекс методик контроля качества акустической связки пьезопреобразователя со светозвукопроводом, позволяющий эффективно оценивать работоспособность АОД.
Теоретически и экспериментально определены АО характеристики созданных АОД на плавленном кварце, монокристаллах фосфида гаплия и. парателлурита, исследованы оптические, акустические и акустсоптические сеойстеэ халькогекидных стекол в системах Ge-S-Se, Ge-S-Te, Ge-Se-Te, Ge-Sb-Se-їе, Ge-Sb-Se-Il и их взаимосвязь с различными составами стекол.
Практическая ценность работы определяются следующими моментами:
-Еыраоотан технологический маршрут изготовления ячеек АОД. Строгое соблюдение последовательности и стандартизованности предлагаемых операций позволяет создание АОД с заданными техни-
ческими характеристиками.
-Разработана технология диффузионной сварки преобразователя со светозвукопроводом и созданы различные варианты экспериментальной установки (Авторские свидетельства #774865, #1106617, #1682094), позволяющие создание АСУ для систем оптической обра-оотки информации.
-Изготовленные АО ячек.:и на SlOj, GaP и ТеС^ с пьезопреобра-зоЕателями из ниобата лития пригодны для использования в качестве АОД систем оптической памяти. В частности, на основе Те02 разработан макет АОД для систем считывания голографической информации с ленточного фототермопластического носителя со следующими рабочими характеристиками: центральная рабочая частота -95 МГц; полоса рабочих частот 55 МГц; быстродействие - 19,5 мкс; эффективность дифракции - 69%; разрешающая способность - 350 элементов; мощность управляющего сигнала - 0,5 Вт.
-Определены акустооптические свойства халькогенидных стекол тройных и четверных систем, что позволяет выбирать оптимальные составы стекол для использования их в акустооптических дефлекторах ИК области.
Реализация результатов работы. Разработанный и исследованный АОД на парателлурите для систем считывания информации в голографической системе памяти на ленточном фототермопластическом носителе передан в Институт физи-си Республики Кыргызстан для установки в изделиях спецтехники. Кроме того, результаты научных исследований используются при проведении научно-исследовательских и учебных работ на физическом факультете ТашГУ и ряда других ВУЗов Республики Узбекистан. В целом результаты работы можно с успехом применять в системах оптической обработки информации, оптоэлектронике и оптической инженерии, что подтверждаются актами внедрения.
Работа выполнена в соответсвии с планами НПО "Кибернетика" АН РУз и НЖПФ ТашГУ по темам, которые включались в Государственные научно-технические программы АН СССР, АН УзССР, ГКНТ СССР, МВО и ГКНТ РУз по проблемам: "Голография", "Оптическая обработка информации", "Лазерные системы", "Оптические процессоры". Номера регистрации тем: 760S07/S; 01 8 80025721; 01 93 0000740; 01 93 0000746.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:. I Всесоюзной конференции "Проблемы управления параметрами лазерного излучения" (г.Ташкент, 1978); Совещании по элементам топографических систем памяти и обработки информации (г.Ташкент, 1S80); II Республиканском научно-техническом Семинаре "Оптоэлектронные методы и средства обработки информации" СТашПИ, 1985); Семинарах Института Кибернетики НПО "Кибернетика" АН УзССР; II Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Фрунзе, 1990); Республиканской конференции ученых и специалистов по приборам и средствам автоматизации научных исследований и народного хозяйства (Ташкент, 1991); Научно-технических семинарах физического факультета ТашГУ, НИИ Прикладной физики ТашГУ.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 118 машинописных страницах, списка использованной литературы из 71 наименования, включает 31 рисунок, 5 таблиц и приложение на 7 страницах.
