用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器制造技术

本发明专利技术提供一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，换能器匹配安装在声光介质上的一面为曲面，通过对曲面的曲率进行设计，以使声波经过曲面传输至声光介质后，聚焦投射到声光介质内形成的光场区域发生声光衍射。本发明专利技术通过将换能器安装在声光介质上的一面设计为曲面，并对该曲面的曲率进行设计，可以将更多的声波能量聚焦投射到声光介质内形成的光场区域内发生声光衍射，从而可以提高衍射效率。

【技术实现步骤摘要】
用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器
本专利技术属于体波声光器件领域，具体涉及一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器。
技术介绍
体波声光器件是利用声光互作用原理控制光强度、频率、波长、空间位置等的光电子器件，主要由声光介质、换能器、匹配电路及封装外壳组成，其中换能器是体波声光器件的声场激励源，安装在声光介质上，其作用是将外部射频电信号转换为相同频率的超声波。体波声光器件在某些特定的应用(如对光幅度进行高速调制、大带宽移频)中，需要在声光介质中形成光束束腰很小，光发散角很大的光场分布，如图1所示，其中α表示光发散角。为了获得理想的调制幅度、频率带宽响应，需要采用发散角与光发散角相匹配的声场参与声光衍射，即图1中光发散角α与声发散角β相匹配。目前，通常采用图1至图2所示的平面换能器结构来保证光发散角α与声发散角β相匹配，但是在这种结构中，换能器2在将声波传输至声光介质1后，在声光介质中形成喇叭状声场区域，此时仅有少量的声波进入到声光介质1的光场区域11内发生衍射。由此，现有技术中的换能器虽然能够保证光发散角α与声发散角β相匹配，但是进入光场区域内的声波较少，衍射效率较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，以解决目前换能器虽然能够保证光发散角与声发散角相匹配，但衍射效率较低的问题。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，换能器匹配安装在声光介质上的一面为曲面，通过对所述曲面的曲率进行设计，以使声波经过所述曲面传输至所述声光介质后，聚焦投射到所述声光介质内形成的光场区域发生声光衍射。在一种可选的实现方式中，光波传输至所述声光介质后在所述声光介质内形成光场区域，声波由所述曲面的换能器激发，沿着与所述光波传输方向垂直的方向传输至所述声光介质，在所述声光介质内形成沙漏状声场区域。在另一种可选的实现方式中，通过对所述曲面的曲率进行设计，以对所述沙漏状声场区域的中心连接部与所述光场区域的相对位置关系进行调节，从而使更多的声波能量聚焦投射到所述光场区域内发生声光衍射。在另一种可选的实现方式中，若所述曲面的曲率大于或者小于预设范围值，则聚焦投射到所述光场区域内的声波能量将减少。在另一种可选的实现方式中，所述曲面的厚度在所述曲面法线方向上均匀相等，且为所述声波的中心频率点被最高效率激发对应的厚度。在另一种可选的实现方式中，所述曲面的曲率与所述声波的发散角的大小有关。在另一种可选的实现方式中，所述曲面沿着所述光波传输方向和/或沿着垂直于所述光波传输的方向弯曲。在另一种可选的实现方式中，所述声光介质用于安装所述曲面的安装面为具有所述曲面相同曲率的曲面。在另一种可选的实现方式中，所述换能器与所述声光介质安装表面紧密贴合。在另一种可选的实现方式中，所述曲面由多个曲率相同或者不同的曲面相交构成。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过将换能器安装在声光介质上的一面设计为曲面，并对该曲面的曲率进行设计，可以将更多的声波能量聚焦投射到声光介质内形成的光场区域内发生声光衍射，从而可以提高衍射效率；2、本专利技术通过对曲面的曲率设定一定的范围值，并在该范围值内对曲面曲率进行调整，可以提高曲面曲率设计效率；3、本专利技术通过使曲面的厚度在曲面法线方向上均匀相等，且为声波的中心频率点被最高效率激发对应的厚度，可以提高声波的激发效率，保证有更多的声波能量聚焦投射到声光介质的光场区域内，从而可以进一步提高衍射效率；4、本专利技术通过使曲面曲率的设计与声波发散角的大小相关联，可以在保证光波与声波发散角相匹配的基础上，提高衍射效率；5、本专利技术通过使曲面沿着所述光波传输方向和沿着垂直于所述光波传输的方向弯曲，可以使曲面形成两个曲面相交构成的曲面，从而可以进一步将更多的声波能量聚焦投射到光场区域内，从而可以进一步提高衍射效率。附图说明图1是现有技术中换能器的一个实施例主视图；图2是现有技术中换能器的一个实施例侧视图；图3是本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第一实施例的主视图；图4是本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第一实施例的侧视图；图5是本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第二实施例的主视图；图6是本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第二实施例的侧视图；图7是本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第三实施例的主视图；图8是本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第三实施例的侧视图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中技术方案作进一步详细的说明。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本专利技术实施例提供一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，其匹配安装在声光介质上的一面为曲面，通过对该曲面的曲率进行设计，以使声波经过该曲面传输至声光介质后，聚焦投射到声光介质内形成的光场区域发生声光衍射。其中，光波传输至声光介质后在声光介质内形成光束束腰很小，光发散角很大的光场区域，声波由所述曲面的换能器激发，沿着与所述光波传输方向垂直的方向传输至所述声光介质，在声光介质中形成沙漏状声场区域。通过对换能器曲面的曲率进行设计，可以对沙漏状声场区域的中心连接部与光场区域的相对位置关系进行调节，从而使更多的声波能量聚焦投射到光场区域内发生声光衍射，提高衍射效率。例如，当对沙漏状声场区域的中心连接部与光场区域的相对位置关系进行调节后，聚焦投射到光场区域内的声波能量大于图1和图2所示喇叭状声场区域聚焦投射到光场区域内的声波能量时，衍射效率将得到提高。但是，经申请人研究发现，曲面的曲率具有一定的取值范围，若曲面的曲率大于或小于预设范围值，则聚焦投射到光场区域内的声波能量将减少。为了尽量减少声波经过曲面时的损耗，曲面的厚度在曲面法线方向上均匀相等，且为声波的中心频率点被最高效率激发对应的厚度。由于声波激发的效率高，因此传输至声光介质的声波能量较大，聚焦投射到光场区域的声波能量也较大，由此可以进一步提高衍射效率。另外，经申请人研究发现，曲面曲率的设计还与声波发散角的大小密切相关。为了保证声波与光波的发散角相匹配，可以首先对曲面的曲率进行设计，以保证声波与光波的发散角匹配，若此时声波在声光介质中形成的沙漏状声场区域的中心连接部与光场区域的相对位置关系不足以使更多的声波能量聚焦投射到光场区域，则可以对入射光波沿入射垂直方向进行平移，以使沙漏状声场区域的中心连接部位于光场区域内。需要注意的是：所述曲面可以是曲率固定的一个曲面，也可以是由曲率相同或者不同的多个曲面相交构成，当曲面由多个曲面相交构成时，可以将更多的声波能量聚焦投射到光场区域内，从而可以进一步提高衍射效率。参见图3和4，依次为本专利技术用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器的第一实施例的主视图和侧视图。该换能器2匹配安装在声光介质1上的一面为曲面，该曲面沿着垂直于光波传输(图4中箭头方向)的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，其特征在于，换能器匹配安装在声光介质上的一面为曲面，通过对所述曲面的曲率进行设计，以使声波经过所述曲面传输至所述声光介质后，聚焦投射到所述声光介质内形成的光场区域发生声光衍射。

【技术特征摘要】
1.一种用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，其特征在于，换能器匹配安装在声光介质上的一面为曲面，通过对所述曲面的曲率进行设计，以使声波经过所述曲面传输至所述声光介质后，聚焦投射到所述声光介质内形成的光场区域发生声光衍射。2.根据权利要求1所述的用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，其特征在于，光波传输至所述声光介质后在所述声光介质内形成光场区域，声波由所述曲面的换能器激发，沿着与所述光波传输方向垂直的方向传输至所述声光介质，在所述声光介质内形成沙漏状声场区域。3.根据权利要求2所述的用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，其特征在于，通过对所述曲面的曲率进行设计，以对所述沙漏状声场区域的中心连接部与所述光场区域的相对位置关系进行调节，从而使更多的声波能量聚焦投射到所述光场区域内发生声光衍射。4.根据权利要求1或3所述的用于聚焦光束声光衍射的高衍射效率换能器，其特征在于，若所述曲面的曲率大于或者小于预设范围值，则聚焦投射到所述光场区...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华志，周建国，王智林，曹家强，刘玲，霍宇佳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50