1.3 Акустооптический дефлектор

Наиболее распространенным методом отклонения лазерного излучения является использование электромеханических устройств. В типичном электромеханическом дефлекторе сканирование осуществляется путем поворота зеркала, укрепленного на оси электромотора, или наклоном зеркала с помощью пьезоэлектрического привода. Для пространственного управления излучением используются два дефлектора с ортогональным расположением зеркал. К достоинствам электромеханических устройств следует отнести большое число разрешимых положений и большой угол отклонения света, а также относительно малую потребляемую мощность. Недостатки электромеханических устройств связаны с инертностью зеркала, что приводит к низкому быстродействию и относительно невысокой динамической угловой точности. У наилучших образцов реальная величина быстродействия сканирования в режиме свободных выборок составляет величину не более 50кГц при диаметре зеркала до 10мм и падает с увеличением размера зеркала. Ряд задач в области лазерной техники требуют существенного увеличения быстродействия и точности управления лазерным лучом. Кроме того, для многочисленных задач, решаемых с помощью лазерных систем, существует необходимость работы в режиме «свободных выборок», который позволяет реализовать произвольный алгоритм сканирования. Указанные проблемы могут быть решены только путем применения немеханических безынерционных устройств управления направлением распространения лазерного излучения. В наибольшей степени разработаны методы немеханического управления пространственно - временными параметрами лазерного излучения, основанные на электрооптическом и акустооптическом эффектах. Электрооптические устройства характеризуются быстрым откликом, порядка 10 нс. При подаче электрического напряжения на некоторые кристаллы (например, ниобат лития, дигидрофосфат калия) происходит изменение показателя преломления и, следовательно, изменение направления луча, проходящего через призму. Существуют также устройства, в которых благодаря специальной форме кристалла под действием электрического поля создается линейное градиентное изменение показателя преломления. Однако угловой диапазон сканирования электрооптических дефлекторов ограничивается десятком угловых минут. Кроме того, потребляемая мощность электрооптических устройств очень высока. Другим более перспективным направлением являются методы немеханического безинерционного сканирования, основанные на акустооптическом эффекте. На основе дифракционных акустооптических дефлекторов достигается диапазон углов сканирования в несколько градусов. Быстродействие акустооптических дефлекторов в зависимости от световой апертуры и типа конструкции составляет от единиц до десятка микросекунд, что медленнее, чем у электрооптики, но быстрее, чем у механических систем. По сравнению с электромеханическими системами сканирования преимущества безынерционных акустооптических дефлекторов заключается в более высоком быстродействии, высокой точности и стабильности управления лазерным лучом. Кроме того, они обладают более широкими функциональными возможностями, так как управление параметрами лазерного излучения может производиться по любому алгоритму, в том числе и в режиме свободных выборок. Например, переключение излучения из одной точки пространства в другую происходит без прохождения промежуточных положений и время переключения не зависит от расстояния между этими точками.

Среди всех известных в настоящее время отклоняющих устройств особое место занимают акустооптические дефлекторы (АОД), обладающие высоким разрешением и хорошим быстродействием. Эти дефлекторы выделяются также своей универсальностью. Они позволяют осуществлять как непрерывное сканирование луча по произвольному закону, так и дискретное переключение в любое из разрешимых положений. Указанные обстоятельства, наряду с простотой конструкции и управления, низким энергопотреблением, небольшими размерами, обеспечивают таким дефлекторам самую широкую область применения. Из всех акустооптических устройств дефлекторы исследованы наиболее детально. Общее количество посвященных им публикаций превышает сотню. В ряде стран эти устройства выпускаются серийно промышленностью.

Принцип действия акустооптического дефлектора (АОД) основан на управлении пространственным положением луча в зависимости от частоты подаваемого ВЧ сигнала.

Дефлекторы применяются для формирования изображения в системах лазерного телевидения, в системах поиска и слежения за движущимися объектами, в блоках оптической памяти вычислительных машин и т.д.