Акустооптический визуализатор

(1% 011 1 Й 29 ТЕНИЯ НИ НА тут механи- Трудово- универси 3443 с 1 ету от971,Й ВИЗУАДИЗАакустооптическую оптического фрагированного т л и ч а ю . улучшения ка(54) (57) АКУСТ ТОР, содержащи ячейку, систему пучка и систему оптического вол щийся тем 00 ПТИЧЕСК изотропную ормированияобработки ди вого поля,что, с целью риаГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпо делдм изоБРетений и Отиютий(71) Научно. исследовательский инстики и физики при Саратовском орденаго Красного Знамени государственномтете им, Н. Г, Чернышевского(56) 1. Патент Великобритании. Иф 144кл. Н 4 О, 1976,2. ТЬе 1 оогоа 1 оФ Фе А.хезтса 1 8Авегка. Ч. 49, йф 3 (рагт 3), Магер,р. 1062 - 1068 (прототип). чества изображения, акустооптическая ячейкавыполнена в виде конического акустическогозеркала и акустопрозрачного плоского опти.ческого зеркала, расположенного под углом ок оси конического зеркала, система формирования оптического пучка выполнена осесимметричной и расположена таким образом, что фо.кус системы формирования оптического пучкарасположен в вершине конуса акустическогозеркала, система обработки дифрагированногооптического волнового поля выполнена осесимметричной и расположена так, что ее ось обра.зует с осью конического зеркала угол 2 а 6,причем угол О раскрыва;конического акусптческого зеркала выбран из условия9= 90 + агсв 1 п (Л/2 Л),Л - длина волны света в материал акустооптической ячейки; Л - длина акустической волны в ле акустооптической ячейки.1116380Изобретение относится к области визуализации акустических полей и может быть использовано в ультразвуковой микроосности, методах нераэрушающего контроля и в медицин.ской диагностике. 5Известен акустооптический визуализатор,содержащий акустооптическую ячейку, поверх.ность которой деформируется волнами давле.ния, систему формирования оптического пучка,подающего на деформированную поверхность 10акустооптической ячейки, и систему обработкиотраженного света 1.Однако данный визуализатор характеризуетсянедостаточно широкой областью применения,так как затруднено его использование в об-5ласти высоких частот вследствие того, что интенсивность отраженного от деформированнойповерхности света, несущего информацию обобъекте, уменьшается пропорционально квадратучастоты акустических колебаний. 20Наиболее близким к изобретению являетсяакустооптический визуализатор, содержащийизотропную акустооптическую ячейку, системуформирования оптического пучка и системуобработки дифрагированного оптического волно вого поля, Причем система формирования оптического пучка и система обработки дифрагированного оптического волнового поля выполненыв виде систем, формирующих клиновидныелучи, и расположены соосно 21.30Известное устройство характеризуется недостаточно высоким качеством иэображеуия, чтовызвано использованием в оптических системахцилиндрических линз, которые, обладая значительной аберрацией, ограничивают областьг 35обзора и разрешающую способность,Цель изобретения - улучшение качества изоб.ражения за счет достижения высокой разрешаю.щей способности и осевого стигматизма.Поставленная цель достигается тем, что в40акустооптическом визуализаторе, содержащемизотропную акустооптическую ячейку, системуформирования оптического пучка и системуобработки дифрагированного оптического волнового поля, акустооптическая ячейка выполне 45на в виде конического акустического зеркалаи акустопрозрачного плоского оптического зер.кала, расположенного под утлом с 4 к оси ко.нического зеркала, система формирования.оптического пучка выполнена осесимметричнойи расположена таким образом, что фокус системы формирования оптического пучка расположен в вершине конуса акустического зеркала,система обработки дифрагированного оптическо.го волнового поля выполнена осесимметричнойг 55и расположена так, что ее ось образует с осью кони.ческого зеркала угол 2 причем утоп В раскрываконического акутического зеркала выбран изусловия 0: 90 + агсып (Л /2 Л),геЛ -д - длина волны света в материале акустооптической ячейки;.Л - длина акустической волны в материалеакустооптической ячейки.На ффиг, 1 изображен акустооптический визуализатор, общий вид; на фиг, 2 - лучеваядиаграмма преобразования акустического волнового поля в оптическое при О, = 90. Акустооптический визуализатор содержитизотропную акустооптическую ячейку 1, систему2 формирования оптического пучка и систему 3обработки дифрагированного оптического волнового поля. Акустооптическая ячейка 1 вы.нолнена в виде конического акустического зеркала 4 и акустопрозрачного плоского оптического зеркала 5, расположенного под углом онапример, 45 к оси конического зеркала 4,оВ акустооптической ячейке 1 для ввода светавыполнено окно 6 со сферической поверхностью,центр кривизны которой совпадает с вершинойконического зеркала 4. Система 2 формирова.ния оптического пучка выполнена осесимметричной и включает источник 7 когерентногосвета и линзы 8 (или зеркала) и расположенатаким образом, что ее ось совладает с осьюконического зеркала 4, а фокус - с вершинойконического зеркала 4. Система 3 обработкидифрагированного оптического волнового полявыполнена осесимметричной и включает линзу9, диафрагму 10 и линзы 11 и расположенатаким образом, что ее оса образует с осью ко.нического зеркала 4 угол 2 с, например 90 О.Угол 8 раскрыва конического акустического,зеркала 4 выбран из условия0 = 90 + агсяп(Л/2 Л),где Л - длина волны света в материалеакустооптической ячейки 1;Л - длина акустической волны в материале акустооптической ячейки 1.В ходе работы акустооптическая ячейка находится в акустическом контакте со средой, содержащей исследуемый объект 12, той плоскости, которая расположена напротив конического зеркала 4.На фиг. 2 и 3 позицией 13 обозначены зву.ковые лучи, распространяющиеся ог исследуемого объекта 12; позйцией 14 - оптическиелучи, распространяющиеся от системы 2 формирования оптического пучка, а позицией 15 -дифрагированные оптические лучи.Акустооптический визуализатор работаетследующим образом.Сферические акустические волны, распрост.раняясь от исследуемого объекта 12, попадаютв акустооптическую ячейку 1. Лалее они свободно проходят через акустопрозрачное плоскоеоптическое зеркало 5, отражаются от конического акустического зеркала 4 и превращаютсяв тороидзльные, Осесимметричная система 2формирования оптического пучка посредствомисточника 7 когерентного света и линз 8 (илизеркал) создает световой поток с фокусомв вершине конического зеркала 4, который, не,нарушая своего стигматизма, проходит в акустоонтическую ячейку 1 через окно 6 со сфе- " 1 Орической поверхностью, Световой поток послевзаимодействия с тороидальными акустическимиволнами формирует трехмерное изображениеобъекта равномерно во всех направлениях,уменьшенное в Л/Л раз. Это изображение ново рачивается оптическим зеркалом 5, выходит изакустооптической ячейки 1 вместе с недифрагированной частью светового потока и попадаетв систему 3 обработки дифрагнрованного оптического волнового поля. Здесь неднфрагировзнный свет фокусируется линзой 9 и отфильтровьпвается полевой диафрагмой 10, а изображение.исследуемого объекта 12 увеличивается до требуемых размеров линзами 11,Принцип построения лучевой диаграммы выглядит следующим образом (фиг. 2 и 3).Выберем некторую точку Т исследуемогообъекта 12, лежащую на оси конического акус.тического зеркала 4. Тогда акустические лучи13, идущие от этой точки и лежащие в плос Окости фигур, после отражения от акустического зеркала 4 исходят как бы из точек Ти Т . Это означает, что происходит трансформацйя сферической акустической волны в тороидзльную. В рамках геометрической оптикиусловие Брэгга для акустооптического взаимодействия волн принимает вид локзльного услоЙ вия пересечения световых и акустических лу.чей 14 и 13 под брэгговскими углами собразованием дифрагированных лучей 15. Таккак угол 8 раскрыва конического акустическо.го зеркала выбран иэ соотношенияВ = 90+ згсв 1 п (Л /2 Л),то все дифрагнрованные лучи 15 (нли их про.должения) пройдут через точку Т(для угла6: 90 - агсып (Л/2 Л), что соответствует+згсзЛ/2 Л), что соответствует фиг. 3, которая1является видимым изображением точки Т, При.веденное построение свидетельствует о наличииосевого стигматиэма изображения. Кроме того,численный анализ доказывает,-что при данномвыбранном угле 0 качество изображения неосевых точек является наилучшим, так как аберрации при этом минимальны.Таким образом, предлагаемый акустооптический визуализатор, содержащий изотропнуюакустооптическую ячейку, систему формирования оптического пучка н систему обработкидифрагированного оптического волнового поля,позволяет улучшить качество изображения засчет его формирования шнрокоутольнымн,хорошо исправленными по аберрации (стигма.тическими для осевых точек) пучками дифрагированного света, обеспечивающими предельнуюдля данной длины волны акустических колебаний разрешающую способность, благодаря тому,что оптические системы выполнены осесимметричными, а акустооптнческая ячейка выполненав виде конического акустического зеркала сутлом 6 раскрыва конуса, выбранным такимобразом, что пересечение световых и акустических лучей происходит под брэгговскимичглами.1116380 ставитель В. Гондаревскийред М.Надь Корректор А. Зимокосо едактор М, Петров каз 6923/36В Тираж 822 НИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откры 13035, Москва, Ж, Раушская нПодписноета СССР тии б., д, 4/ илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн