автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Акустооптические дефлекторы для систем оптической обработки информации

2 3 OUT 1995

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Абу Райхана Беруни

На правгх рукописи

ТАШПУЛАТОВ ХУСАЯ ЗАКИРОВИЧ

А1СУСТООПТИЧЕСКИЕ ДЕФЛЕКТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 05.13.С6 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент - 1995

Работа выполнена в НИИ Прикладной физики Ташкентского Государственного Университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Азаматов З.Т.

)ффициальные оппоненты: доктор технических наук

Насыров М.Ш.

доктор физико-математических наук проф. Мирзаев А.Т.

Ведущая организация - Научно-производственный центр

Микроэлектроники и специальной техники "МЭЛМА"

г. в -

Защита состоится с/^' /^/Т995 г. в " __" часов

на заседании Специализированного Совета К 067.ОТ.29 по присугде-кию ученой степени кандидата технических наук в Ташкентском государственном техническом университете им. А.Р.Беруни в _ауд. (Твшент, ВУЗгородок, ул.Университетская, 2).

С диссертацией можно ознакомиться в СиСилиотеке ТашГТУ им.А.Р.Беруни.

Автореферат разослан "¿л^и "

М- С£ИШ% г.

Ученый секретарь ■ РПРТ^ЯГЯ '|И'-члд<пдяини|и совета

Д.Т.В.

ХАМДАМОВ Р.Х.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Последние десятилетия характеризуются интенсивным развитием оптических методов обработки информации, что объясняется широкиш 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, двумерноеть - 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.

Наиоолее 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) ооъясняется тем, что они позволяют обрабатывать сигналы со значительной полосой пропускания (более 1 ГГц), высокоэффективны (* 70 -г 90 '■), обладают достаточным быстродействием (=< 1 мке), относительно проста в изготовлении, малогабаритны, имеют низкую стоимость и малую потребляемую мощность. АОД могут ьайти применение е целом ряде устройств : блоке развертки лазерного проекционного телевидения и светового осциллографа, системах лоиска и слежения за движущимися объектами, для считывания и записи сиг-

налов в оптической и голографической памяти. Не менее важной проблемой является создание АОУ, функционирующих в инфракрасном диапазоне длины волны света. Подобные устройства находят все Оольшее 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:

1. Провести теоретический анализ сканирования светом и его модуляции на основе изотропной и анизотропной дифракции Брэгга с использованием естественной расходимости акустического пучка.

2. Разраоотать технологический маршрут изготовления АО приборов. ' "

3. Изготоеить установку для диффузионной сварки пьезоэлектрического преобразователя со светозвукопроводом.

4. Исследовать физические и технические характеристики АОД, созданные на основе плавленного кварца (SiOo), монокристаллов фосфида галлия (GaP) и парателлурита (Те02).

5. Исследовать оптические, акустические и акустооптические характеристики халькогенидных стекол тройных и четверных соединений для использования их в качестве рабочей среда 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 требуемыми техническими параметрами для управления лазерный излучением.

3.Комплекс методов контроля качества акустической связки пьегопреосразователя со светозвукопроводом на основе оптических измерений структуры акутического пучка.

4.Результаты создания и комплексного исследования АО ячеек дефлекторов на S102, Gap, 1е02 и халькогенидных стеклах для

видимой и ИК областей спектра.

Объект и метод исследования. Объектами исследований являлись ячейки АОД с различными типами СЕетозвукопроводов. Эти исследования стали есзмотньш благодаря разработке устройств создания АОД, применению современных экспериментальных методов исследования частотных характеристик, контролю качества и надежности. Анализ экспериментального материала проводился на сазе аналитических и численных расчетов на ЭВМ. Комплекс " этих методов обеспечивает достоверность полученных результатов и сделанных зыеодое.

Научная новизна основных полученных, результатов состоит в следующем:

- На основе сравнительного анализа изотропной и анизотропной брэгговсксй дифракции света показано, что число разрешимых элементов в анизотропных дефлекторах в 8+10 раз больше, чем в изотропных. " •

- На основе 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 частотной характеристики АОД, з 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 созданньк АОД на плавленном кварце, монокристаллах фосфида гаплия и парателлурита, исследованы оптические, акустические и акустооптические сеойстеэ хапькогенидных стекол в системах Се-З-Бе, Се-Б-Те, Се-5е-Те, Се-БЬ-Бе-Те, Ое-БЬ-Бе-И и их взаимосвязь с различными составами стекол.

Практическая ценность работы определяется следующими моментами:

-Выработан технологический маршрут изготовления ячеек АОД. '-'трогое соолюдение последовательности и стандартизованности предлагаемых операций позволяет создание АОД с заданными техни-

- е

ческими характеристиками.

-Разработана технология диффузионной сварки преобразователя со светоэвукспроводом и созданы различные варианты экспериментальной установки (Авторские свидетельства #774865, #1106617, #1682094), позволяющие создание АСУ для систем оптической обра-оотки информации.

-Изготовленные АО ячей.:и на БК^, баР и ИеС^ с пьезопреобра-зоБателями из ниобата лития пригодны для использования в качестве АОД систем оптической памяти. В частности, на основе ТеО2 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 подтверждается актами внедрения.

Работа выполнена в соответсвии с планами НПО "Кибернетика" АН РУз и ШШ1Ф 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: 760807/8; 01 8 80025721; 01 93 0000740; 01 93 0000746.

- 7 -

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуггдались на:. I Всесоюзной конференции "Проблемы управления параметрами лазерного излучения" (г.Ташкент, 1978); Совещании по элементам голографических систем памяти и обработки информации (г.Ташкент, 1S80); II Республиканском научно-техническом Семинаре "Оптоэлектронные методы и средства обработки информации" (ТашПИ, 1985); Семинарах Института Ки-оернетики НПО "Кибернетика" АН УзССР; II Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Фрунзе, 1990); Респусликан-ской 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.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении ооосногывается актуальность, научная и практическая значимость, цель и задачи исследования, а также выносимые на защиту основные положения и излагается краткое содержание работы.

3 первой главе диссертации проанализированы физические основы изотропной и анизотропной брегговской дифракции света на ультразвуке. Показано преимущество анизотропного взаимодействия перед изотропным.

Дифракция Брэгга в оптически изотропной среде характеризуется равными углами падения и дифракции ed и определяются условием:

! К

Sine, = Sine,. ---f_ , (1)

i а о n v 3

с "crs

где к, nQ - длина волны и показатель преломления света;

vg и Ig - скорость распространения и частота ультразвука (УЗ).

При изменении частоты ig одновременно с углом дифракции

меняется и угол падения света соответствующий условию Ерэгга.

Характеристики дефлекторов могут быть существенно улучшены, если вместо изотропной дифракции использовать анизотропную орэгговскую дифракцию света. Преимущество анизотропной дифракции вытекает из принципиально иного, чем при изотропной дифракции, характера зависимости угла падения Брэгга от частоты акустической волны:

К f. Г vf (n? - ni) 1 Sin flj = Sin ввр = ^y- [1 + d I , (2)

Существует область частот Aíg, в пределах которой при значительном изменении угла дифракции 6d, угол Брэгга слабо зависит от изменения частоты. Следовательно, при фиксированном угле падения вБр возможно отклонение света на большие углы 48d, что может дать большее разрешение К без подстройки угла 0gp. Сравнение анизотропной . дифракции с изотропной показало, что в первом случае АОД может иметь разрешение N на порядок большее, чем на втором.

В этой глава рассмотрены работа, особенности проектирования и основные характеристики пьезоэлектрических преобразователей.

Расчеты показали, что частотные характеристики АОУ, составленные из различных применяемых на практике материалов преобразователей, светозвукопроводов и промежуточных слоев, существенно зависят от соотношения акустических сопротивлений материалов и тол1цины промежуточного слоя.

Показано, что, если акустическое сопротивление промежуточного слоя 2|л значительно меньше акустических сопротивлений пъезопластины Zp^ и звукопровода z|B, то частотная характеристика коэффициента передачи по напряжению Кр(Г) имеет Еесьма узкую полосу пропускания Afs, а форма - существенно зависит от толщины промежуточного слоя Ь^, если же они сопоставимы между собой, то Д13 получается достаточно широкой, порядка Д13= (0,4*1,0)^. При этом, в зависимости от толщины связующего слоя йсл максимум К j(í) может смещаться относительно частоты полу-еолнового резонанса на 8+12%.

Приведена методика оптимального выбора параметров АОД, используемых в системах слгаческой обработки информации.

Вторая глава посвящена конструктивным особенностям изготовления ячеек АОУ.

Подробно описан технологический марзрут изготовления ячеек, позволяющий создание элементов АОУ, работающих на частотах звука ís=20*300 МГц с потерями преобразования ВЧ электрического сигнала в акустическую ПП=0,8+30 дБ.

Приведена методология выбора матетериалов СЕетозвукопро-вода и пьезопр^образователя. lía основе анализа установлено, что к:.::оолее перспективными акустооптическими материалами для ечди-moií области спектра являюгся плавленный кварц SICU, монокристаллы фосфида галлия GaP, молибдата свинца РЪМэ04, парагеллурита Те02, а для инфракрасного диапазона - германий Ge, халькогенид-ны-э стекла.

Из пьезоматериалов, эффективно работающих в качестве преобразователя к 34 и СВЧ диапазонах автор выделяет монокристаллы ниооата лития LJLJíbOg. Пластина IlNbOg Г-среэа, повернутая вокруг Х-оси на 1 63° (срез УХ1/-'Т°), является наиболее эффективным излучателек; поперечных объемных волн- с коэффициентом электромеханической связи К=62%, а пластана Y-среза, повернутая вокруг Х-оси на 35° (ере? У 2'-/->-36°). - для излучателей продольных волн, К=49Ж. Приведены таблицы потенциально пригодных материалов для светозвукопровэда и пьеэопреобразователя и их основныэ характеристики .

Язкйодее ответгтееинш и слогным этапом работы при изготовлении ячейки аОД представляется вакуумная диффузионная сварка образцов пьегопреейразователя со светозвуколрозодом, от качества выполнения которой, в конечном итоге, зависят рабочие характеристики дефлэ.'~-терз в целом.

Автором разработаны и созданы три варианта- экспериментально;. установки, защищенные авторскими свидетельствами, позволяет,и>э проводить все операции нанесения металлических промежуточных слоев, стыковку и диффузионную сварку в едином технологическом цикле без нарушения вакуума в рабочей камере. Предлагаемые устройства позволяют изготавливать ячейки АОД с большими апертурами звукового и оптического пучков (с размерами пьезо-лластины до 4,5x4,5x0,3 си и светознукопровода до 4,5x4,5x10 см), а также существенно повышает качество и надежность сварки. При-

- 10 -

ведены основные технические параметры установки.

Разработана методика уменьшения толщины пьезопреобразова-теля от 1-2 мм до 12-М5 мкм в течение 3+4 часов. Для этой цели создано специальное доводочное приспособление, позволяющее размещать ячейки АОД с размерами 2,0x2,0x2,0 см,- достичь параллельности обрабатываемой поверхности преобразователя с поверхностью приварки к светозЕ/копроду до 3"+8", плоскостности -0,04-4-0,06 мкм.

В третьей главе диссертации приведены расчеты акустооптиче-ского взаимодействия для продольных и сдвиговых типов акустических волн на плавленном кварце, различных срезах монокристаллов Фосфида галлия и парателлурита. Содержатся результаты экспериментальных исследований характеристик разработанных АОД на плавленном кварце 5102, монокристаллах фосфида галлия йаР и парателлурита !е0о.

■Экспериментальные исследования иирокоапертурной ячейки .г0Д прободались на плавленном кварце с размерами 2,0*2.0x2,0 см. П> -эзоэлектрическим преобразователем слутпа пластина ниооата л, гея ЫШ)3 У1Ъ/+36° среза с рабочей площадью 2,0*1,9 см, прикрепленная к светозвукопроводу холодной диффузионной сваркой. Общая толщина связующих слоев не превышала 1,5 мкм. После сварки преобразователь сошляфовшался до толщины Ь=67 мкм, соответствующей собственной частоте колебания 1° = 45 МГц,-Затем на тсьооразователь наносился управляющий электрод из серебра.

И,дБ На рис.1. (кривая 1) приведена экспериментальная частотная характеристика эффективности дифракции в первом дифракционном порядке АОД при управ-

У1-

0,8

0,6

0,4

0,2

» 1д

ь Г

/ \ ^ 1 /

/ ! Я

у 1

\

¿2 Ри<-

30

38

16

1-12

8

46 54 62 ¿.МГц

Частотные зависимости эффективности дифракции (1) и ПП (2).

лкицей мощности р =1Ет. Кривая получена при длительности акустического цуга т=1мкс. На основе измерений 11/10 выведена частотная за-

висимость потери преобразования (ПП) мощности пьезопреобразова-вагеля (рис.1, кривая 2).

Исследуемые ячейки АОД с орэгговской изотропной дифракцией света на монокристалле фосфида галлия СаР представляли собой образцы с размерами 0,65x1,0x1,5см, вырезанные вдсль кристаллографических осей ХУг, со сваренными пьезоэлектрическими преос--разовате..ями. Последними служили пластинки ниобата лития Х-среза с размерами Ь=П,95 см и Н=0,5см. Общя толщина склейки из металлических прослоек хрома, серебра и индия не превышала 1,2 + 1,5 мкм. После сваривания преобразователи сошлифовывались до толщины 23 мкм и 33 мкм,

соответствующих основным частотам ультразвука Г°=72 и 104 МГц.

Яри управляющей электрической мощности Р =1 Вт, эффективность дифракции в ячейке с собственной частотой преобразователя Г? = 72 МГц при 91шт = 19' составила 1^/1^=20%. Полоса частот сканирования, оцениваемая по уровню 0,5 составила 413 = 46 «Гц. Ячейка с частотой = 104 МГц при падении света на акустический фронт под углом 9}оптг27' характеризовалась эффективностью =15х и полосой частот Л£д=49 МГц. При этом частотный диапазон сканирования ограничен не селективностью дифракции, а полосой рабочих частот пьезопреобразователя и степенью согласования преобразователя с генератором ¡34 сигнала.

Дефлекторы характеризовались максимальным числом разрешимых элементов N-165 для ячейки с центральной частотой Х°=?2 МГц и №=175 для ячейки с Г£=Ю4 МГц.

Автором предлагаются три метода контроля качества акустической связки преобразователя со светозвукопроводом на основе оптических измерений структуры акустического пучка, излучаемого преобразователем в светозЕукопрод: измерение диаграммы направленности; просвет ячейки АОД широким коллимированным оптические пучком; зондирование акустического пучка гонким световым лучом. Проведенные исследования ячеек' АОД на основе этих методик показали, что эффективные размеры пьезопреобразователей отличались от конструктивных на 7+23Ж.

В последнее время большое внимание разработчиков оптических систем уделяется Еопросам записи и считывания информации с ленточных фототермопластаческих носителей (ОТПК).

- -

fía рис.2 приведена одна ие схем записи голограмм на ленточном ФТПН.

Для организации построчного поиска голографическэй информации , записанной на ленточном носителе, s схему вместо прерывателя наш было вБедено АО развертывающее устройство лазерного

Рис.2 Схеш считывания информации на ленточном ОГ1Ш. излучения. Макет дефлектора был разрасотач кз кристалле пара-теллурита с размерами 1,2x0,8x1,0 cu вдоль направлеЛ'.Ш Í11G], СОЮ] и [001], соответственно. Пьезоэлектрическим праобразова-таяем служила шгастена ннобата лмия (YH630) - среза с резонансной частотой МГц.

1,0. 0,8

ЕУЕ.отк.е

0,4. 0,2

fT

II

ТТ

JL,

Л-

ш

J__L

lj

4-1

На рис.3, приведены экспериментамные частотные зеецсжости коэффициента преобразования ЭЛ£аТрИЧ2СКСЯ ¡¿оещости з акустическую Pa/F0 дефлектора. Измерения проводились с псмои^ью измерителя

60" 70 60 90 100 110 г, МГц комплексных коэффици-Рис.З Частотная зависимость ентов передача Koait-

здфектавностк преооравачия спальных трактов Р4-11.

3

К

i

-i-t¿J

?с в Ра пъгзопреооразозателя.

Криагя 1 соответствует

- 13 -

несогласованному случаю, а кригая 2 - работе пьезопреооравопа-теля после согласования. Как следует из рисунка, с помогаю согласующей цепи достигнуто расширение рабочей полосы чрстот от Д*3=10 МГц до 50 МГц. При этом форма частотной характеристики ¡кривая 2) получилась двугорбой, а полоса частот ДГд оказалась довольно широкой - = 0,54, что подтверэдает корректность

проведенного анализа и полученных рзультатов, изложенных в разделе 1.3 диссертации.

Яа рис.4 показана экспериментальная частотная зависимость эффективности дифракции.Кривая 1 получена при длительности акустического цуга 1-1 мкс, кривая 2 измерена ¡три 1=2 мкс. При длительности акустического цу-

VI. д

60

50, 40

30

20

1С

Г

V-

1

п ¡1 3

ц 1 / ! лт V

1 У/ —М— 1> ч

30

50 70 90 НО 130 т, Рис.4 Частотные зависимости дифракционной эффектив-

т,МГц

ности света в АОД на ТеО,

г-

га т=1 мкс достигнута максимальная эффективность дифракции т}=413%, если т=2 мкс - 17=66%, при т>3,2 мкс - Т]=75%. Все измерения производились при фиксированном угле падения света 9=3,2° и право-эллиптически поляризованном излучении. Из рисунка следует, что полоса частот скани-

рования дефлектора Д1д оказывается равной ДХ^18 МГц. Если при измерении зависимостей т]Ш на каждой частоте ультразвука осуществлять подстройку угла Брэгга, то кривая т](Я повторяет форму кривой 2 на рис.3. Результаты ссответствувдих измерений эффективности дифракции при 1*1 мкс показаны на рис.4 (кривая 31. При это« = 55 МГц, и частотные интервалы ДГ3 и как следо-

вало озсидать, приблизительно одинаковы.

Исследованный макет дефлектора имел максимальное число разрешимых н = 58 элементов. Увеличение оптической ачертуры дс размеров кристалла 1е02 вдоль направления 11101, когда |«1,2 см,

приводит к возрастанию максимального числа разрешимых элементов: N=350. Естественно, быстродействие дефлектора при этом уменьшается до величины г»1б,5 мкс.

Ь чевертой глазе приводятся результаты исследований халько-генидных стекол в качестве раоочей среды ЛОУ среднего ИК-ооласти света, например, шрокораспространенных СОо лазеров. На основе анализа взаимосвязи между различными составами и их оптическими, акустическими и акустооптическими свойствами произведен поиск стекол, обладающих наиболее удолеворительными характеристиками.

Из синтезированных систем Се-5-Бе, Се-Б-Те, Се-5е-Те. Ое-БЬ-Бе-Те и йе-БЬ-Аз-Бе высокого оптического качества были изготовлены светозвукопроводы с размерами 3x10x15 мы. плоскостностью оптических и акустических граней N=0,5; клинови.д-ностью е=Г и чистотой обработки Р=У. В качестЕе пьезоэлектрических преобразователей использованы пластины монокристаллов ниобата лития ЫКЬ03 КЕ/+25°-среза с размерами 1,5x2,5x7.5 т. На этих оораацоэ были приготовлены 12 штук акустооптич<гских ячеек. Методика изготовления включала в себя холодную диффузионную сварку пьезопластины к светозвукопроводу, доводку толщины пластины до размера, соответствующего средней частоте преобразователя, нанесения управляющего электрода. Средние рабочие частоты соответствовали 50+110 МГц.

Измерения коэффициентов акустооптического качества ^ халь-коганидных стекол проводились по методике Диксона и НоЕна последовательным измерением рассеяния лазерного пучка на УЗ импульсе под орэгговским углом на эталонном и исследуемом материалах.

Для стекол в тройных системах Ое-Б-Бе, Се-Б-Те, Ое-Бе-Те значения относительного коэффициента ^ составляли 350+400, а в четверных системах ' Се-ЗЬ-Бе-Ге, ае-БЬ-Бе-Т1 и йе-БЬ-Аз-Бе -406+520 отн.ед. Измерения проводились ка частоте УЗ Г-100 МГц, длительности импульса т=0,1+0,5 мкс при управляющей электрической мощности Р=10 Вт. Точность измерений составила 15+20%.

Измеренные скорости распространения ьвука в стеклах составили V = !2,12 + 2,58)<105СМ/С ♦ 1.5».

Измерения коэффициентов затухания УЗ а в стеклах проводились импульсным методом по методике оптического зондирования эхо -импульсоЕ УЭЗ. Измерения а сводились к исследованию оптического

' - '

- 15 -

аналога затухающего цуга эхо-импульса в различных участках АОЯ в предположении плоской акустической волны и пренебрежении потерями на отражения.

Измерения проводились на резонансной частоте преобразователя Г=100 МГц и длительности импульса 1=0,05-Ю, 1 икс, а также на частотах 1-300 МГц (3-я гармоника) и Г«600 МГц ;5-я гармоника). При этом наблюдалась АО дифракция на затухающей ультразвуковой волне, испытавшей последовательные отражния.

Измеренные значения коэффициентов затухания звука в 'стеклах составляли 0,21+1,5 дБ/см, а точность измерений - 5+7%.

Проведенные исследования показали, что стекла при сравнительно невысоком значении скорости распространения звука (2,23 + 2,39).105 см/с обладают высокими коэффициентами акус-тооптического качества (420 + 643)-10"18 с3/г на Х=Ю,6 мкм и низкими коэффициентами затухания акустических волн 0,4+0,61дВ/см на частоте ¿=100 МГц. Различные составы халькогенидных стекол прозрачны в диапазоне длин волн Л. = 0,8 * 14 мкм и имеют относительно высокие показатели пропускания света Т=50 + 64% на длине волны света 10,6 мкм.

Анализ взаимосвязи между составом, структурой и акустическими свойствами халькогенидных стекол показал, что стекла, содержащие халькогениды германия, структура которых определяется тет-раэдрическими и тригональными единицами при сравнительно невысоком значении скорости распространения УЗ (2,12+2,39)-105 см/с, обладают наименьшими значениями коэффициентов затухания акустических волн 0,40+3,50 дБ/см на частоте 1=100 МГц. Причем добавка сурьмы приводит к возрастанию коэффициента акустооптического качества. Так, стекла на основе систем германий-мышьяк-селен с добавкой сурьмы можно рекомендовать для использования в качестве акустооптических сред для излучения СО2 лазера.

3 АН Л Ю Ч Е Н И Е

1. Проанализированы физические основы изотропной и анизотропной брэгговской дифракции света в различных материалах Показано, что использование в дефлекторах анизотропного рассеяния дает улучшений основных характеристик АОД до порядка величин.

2. На основе анализа эквивалентной схемы пьезоэлектрических преобразователей установлено, что частотная характеристика коэффициента передачи по напряжению КПШ АОД существенно зависит от акустических сопротивлений применяемых на практике различных материалов преобразователя, светогвукспровода и связующего слоя. Причем, если величина последнего значительно меньше остальных, то частотная характеристика К^Я имеет весьма узкую полосу пропускания. При этом в зависимости от толщины связующего слоя максимум К^Я умещается относительно частоты полуволнового резонанса Г^ до 8+12«, Что подтверждается экспериментально.

3. Экспериментально выработан технологический маршрут изготовления ячеек акустооптических устройств, работающих на частотах звука Г = '20-* ¿00 МГц с'потерями преобразования ВЧ электрического сигнала в акустическую ПП = 0,8 + 30 дБ.

4. Разработаны три различных варианта экспериментальных установок для создания элементов АОУ. Последний из них, позволяет проводить диффузионную сварку образцов пьезопластины со светозвукопроводом больших размеров (до 4,5 х 4,5 х 10,0 см), существенно повышает качество и надежность сварки, снижает себестоимость изготавливаемых ячеек.

5. Предложен комплекс, методов контроля качества диффузионной сварки пьеэопреобразователя со светозвукопроводом акустооптических элементов, представляющий собой ^измерение диаграммы направленности'звуковых.волн; просвет ячейки АОД широким колли-шрованным оптическим пучком; зондирование акустического пучка узким коллимированным световым пучком.

6. разработаны-й экспериментально исследованы ячейки АОД с изотропной дифракцией Брэгга на плавленном кварце и монокристалле фосфида галлия. Дефлекторы на кристаллах СаР с центральными рабочими частотами = 72 и 104 МГц при управляющей мощности генератора ВЧ сигнала Рг= 1 &г и длительности импульса 1 = 1 мкс имели максимальную эффективность . дифракции I, /1д= 20 и 15% и разрешающую способность N = 165 и -175 элементов, соответственно.

Широкоапертурная же ячейка АОД на плавленном кварце 5102 с собственной частотой резонанса Г? = 45 МГц при тех же условиях

включения имела максимальную эффективность дифракции 1,/1д=0,84% и разрешающую способность N = 55 элементов.

7, Для систем считывания оптической информации в голографи-ческом запоминающем устройстве на ленточном фототермопластическом носителе предложен АОД на парателлурите ТеО£ со следующими техническими характеристиками: коэффициент оптического пропускания » 9IX; эффективность дифракции - 69%; центральная рабочая частота - 85 МГц; полоса рабочих частот - 55 МГц; быстродействие - 19,5 мкс; разрешающая способность - 350 элементов; мощность управляющего сигнала - 0,5Вт. Испытания макета дефлектора в системе ленточного голографического запоминающего устройства показали перспективноть использования его в системах оптической памяти.

8. Экспериментально исследованы оптические, "акустические и акустооптические свойства халькогенидных стекол в системах Се-Б-йе, Се-Б-Те, Се-Бе-Те, Се-БЬ-5е-Те, ае-БЬ-Бе-И и их взаимосвязь с различными составами стекол. Установлено, что стекла, содержащие халькогениды германия, прозрачны в диапазоне длин волн света А.=0,8 * 14 мкм и при значениях затухания УЗ волн а=0,40 * 3,50 дБ/см на частоте Г=100 МГц обладают сравнительно высокими акустооптическими добротностями 415^634) Ю-1® с3/г. Проведенные исследования позволили сделать вывод о перспективности указанных соединений (особенно системы Се-Аа-Бе-БЬ) в качестве сред для создания акустооптических элементов управления лазерным лучом в системах оптической обработки информации в инфракрасной области спектра.

Основный положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. А.С. 774865 (СССР). Установка для диффузионной сварки (Азаматов З.Т., Дерюгин И.А., Маыадаанов <5.Д., Ташпулатов Х.З., Телалаев М.А. ). Опубл. в Б.И/ 1980. МО.

2. Азаматов З.Т., Мамадзанов Ф.Д., Парыгин Б.Н., Волоши-ноа В.Б., Ташпулатов Х.З. Отклонение световых пучков в кристалле фосфида галлия акустооптическим методом.//Изв. АН УзССР. Сер.физ.мат.наук. 1981. »2. С.64-67.

3. А.С. » 1106617 (СССР). Установка для диффузионной свар-

- 18 -

ии Азаматов З.Т., Азляров A.A., Дерюгин И .А. ,Маматдтанов Ф.Д., Ташпулатов Х.З., Толкунов Л.И.). Опусл. в Б.й. 1984. * 26.

4. АзаматоЕ г., Маматджанов Ф. Оптимизация согласующей цели акустоолтическсго дефлектора.// Вопросы кибернетики. Выч. техника в угравлениии. Вып. 126. Ташкент 1984 г.

5. Рас-улов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Экспериментальные исследование зависимости параметров АОД от управляющей мощности ВЧ сигнала.//Тез.докл. I республиканской конференции молодых ученых физиков ВУЗов. Ташкент. 1988. С.115-116.

6. Азаматов З.Т., Маматджанов Ф.Д., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Технология изготовления ячеек акустооптического модулятора с большой апертурой света и звука.-В кн.: Тезисы докладов II Всесоквной конференции по оптической- обработке информации. Фрунзе.:Ияим. 1990. C.i4S-150.

7. Азаматов З.Т, Маматдзшнов Ф.Д. < Расулов Х.Х., Тащпула-тое Х.Х. Методика определения значений параметров эквивалентной схемы пьезопреосрэзоэдтеля гкзетоолтических устройств. -

3 кн.: Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по оптической 'оораоотке информации. Фрунзе.:Илий. 1Ö90. С. 147-143.

8. A.C. # 1632094 (СССР!. Установка для диффузионной сварки л Азаматов З.Т. .Дерюгин И. а. .Маматдханов Ф.,Парыгин В. К., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З.Опубл. в Б.И. lSöi. * 3?.

9. Маматдзсанов Ф.Д., Тащпулатов Х.З. Приспособление для доводки толщины пластинчатых пьезопреобразователей.//ПТЭ. iiiöi. #3. С.206-207.

10. Азаматов З.Т..Маматдтанов Ф.Д., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.Х. Акустооптический дефлектор на TeOg.//Тез.докл. Конференции ученых специалистов "Приборы и средства автоматизации научных исследований'и народного хозяйства Республики". Ташкент 1991. С.гI.

п. Азаматов З.Т, Маматджанов Ф.Д., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.Х. Устройство для диффузионной сварки преобразователей акустооптических устройств.//ПТЭ. 1.993. #4. С.213-218.

'2. Азаматов З.Т., Маматдханов Ф.Д., Маковская З.Г., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Акустооптический модулятор на халько-генидном стекле типа Ge-Sb-Se-Te (fli.//Узбекский физический журнал. 1993. #4. С.60-63.

Гоппулатов Хусан Зокировичнинг "Ахборотнк оптик ивлаш тизимлари ' учун акустооптик дефлекторлар" мавзуидаги Сб. 13.СБ - ХиссхЗлаш техникаси ва бошка-рув тизимлари элеиентлари ва курилмзлари мутахассислиги буйича номзодлик диссер-тадияси авторефератининг

«ИСКАНА КАЗМУНИ

У шоу иш ахборотни оптик ишлазп тизишарида кулланиладиган ва еругликни ультратовушдаги дифракция ходисасига асосланган акустооптик дефлекторларки (АОД) яратии ва тздюпс килишга багишлан-ган.

Ижпаш сохаси £»20*200 МГц, щори частотали электр сигнали-ни акустик сигкалга айлантиривдаги яукотишлари ПП=0,8+30 дБ султан акустооптик элементларни яратиш, уларни технологик сифатини аниклаш методикалари келтирилган. Бундай элементларни диффузия-ли кавшарлаш асосида тайёрловчи курилманинг тузилиши ва ишлаш принциплари оаен килинган.

Кенг апертурали куйма кварц БЮр, галлий фосфиди йаР ва па-рателлурит ТеС^ ыонокристалларк асосида яратилган АОДларнумг ха-рактеристакалари назарий ва экспериыентал усулларда тадаик килинган. Фототермопластика асосидаги голографии хотира курилмаси (ГХК) таркибидд АОД макетами к?лланишга Сагишланган таддакот-ларнинг натихалари келтирклган.

Еругликнинг инфракизил спектрал со*асида кулланиладиган АОДлар учун халкогенид шишаларининг учламчи ва туртламчи турли таркибий тизимлари ва уларнинг оптик, акустик ва акустооптик хосаллари экспериментал Урганилда. йзланишлар натизасида Се-Аз-¿е-БЬ асосидаги шишасимон материалллар энг яхши акустооптик материал^деб топилди.

го -

ABSSRACiC of the Thesis Work of Tashpulatov Kfcusan Zaklrovlch -"Acouato-optical deflectors lor optical information processing systems" on speciality 05.13.05 - Elements aid Devices for Computer Engineering and Control

Systems

The thesis work is devoted to tie development and investigation acousto-optical deilectors (ADD) used In optical Information processing systems. The principle of acou3to-optic devices is a phenomenon of light diffraction on ultrasonic wave traveling Inside glasses and crystals.

2he manufacture technique AOD cells with operating frequences f=20+200 MHz and transformation losses (TI) of electric HP signals power Into acoustic one TL=0.8+30 dB are presented. The complex of techniques for Inspection to check quality diffusion welding transducers to light - sound cells is introduced.

The operating characteristics of large aperture fused quartz SiOg, gallium phosphid GaP and paratellurite Ie02 mono-crystals AOI! cells are experimental and theoretical Investigated. The results of investigations of AOD model In structure of holographic storage system on phototermoplastic carrier are presented. i

The optic, acoustic and acousto-optic properties of the chalcogenide glasses Li threefold and fourfold systems for their application In the AOD, used at the IR spectral region of light were defined. It was established, that the chalcogenide glass on the basis of Ge-As-Sb-Se is the best acousto-optical material.

БОСМАХОИАГА ТОПШИРИЛДИ r. t 'J £">'fi. БОСИШГА РУХСАТ ЭТИЛДИ jc 7.9 KOF03 БИЧИМИ 60x84 1/16 OOCET БОСМА УСУЛИ. ДАЛ0ВИ ¿Pf- КУСХА БУЮРТМА L J L

УЗР ФА «КИБЕРНЕТИКА» ИИЧБ СИГА К.АРАШЛИ КИБЕРНЕТИКА ИНСТИТУТИНИНГ БОСМАХОНАСИДА

» ЧОП ЭТИЛГАН.

700143. ТОШКЕНТ. Ф. ХУЖАЕВ КУЧАСИ 34 УИ.