Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ УСТРОЙСТВА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ С МАЛОАПЕРТУРНЫМИ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Авторы:
Город:
Санкт-Петербург
ВУЗ:
Дата:
05 декабря 2017г.

В настоящее время находят широкое применение устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ). При обработке сигналов радиочастотных антенных решеток в ряде применений становится целесообразным использование малоапертурных преобразователей ПАВ, в которых длина электродов может составлять от единиц до 10 – 20 l , т.е. становится соизмеримой с длиной волны. Интерес представляет исследование акустических полей, создаваемых решетками таких преобразователей, как в ближней, так и дальней зоне преобразователей [2,3]. Перспективными являются оптические способы определения параметров ПАВ преобразователей и исследования формируемых ими аку стических полей. Основные их достоинства – отсутствие влияния на структуру полей, высокая чувствительность и отсутствие искажений, которые могут быть свойственны другим методам измерения.

Известен   ряд  оптических  методов   зондирования  ПАВ  устройств  с  целью   определения  их параметров [1]. Один из них - метод прямого зондирования – является наиболее простым. Он позволяет определять энергетические профили и затухание, а также исследовать дифракционные явления при распространении ПАВ. Упрощенная схема стенда, реа лизующего этот метод, представлена на рисунке 1. Оптическое излучение лазера, проходя через фокусирующую линзу, поступает на исследуемое ПАВ устройство, установленное на вращающемся столике. При подаче с генератора синусоидального сигнала (ГСС) высокочастотного сигнала на поверхности устройства возникает бегущая ПАВ. В результате дифракции на ПАВ оптический пучок пространственно разделяется на несколько. С помощью диафрагмы выделяется один из дифракционных порядков (в данном случае +1), который фокусируется на чувствительную поверхность фотоприемника. В качестве фотоприемника может использоваться ФЭУ, фотодиод с усилителем, а также высокочувствительный измеритель оптической мощности.

Для     получения   более   точных  результатов   измерения   в   схему   стенда   можно    включить интерферометр Фабри-Перо, что позволяет добиться увеличения  чувствительности устройства примерно на два порядка. Схема установки с интерферометром Фабри-Перо представлена на рисунке 2. Часть схемы, начиная с лазера и заканчиваясь диафрагмой, анало гична предыдущей схеме. Далее, линза 3 формирует параллельные оптический пучок, поступающий на интерферометр Фабри –Перо.




Интерферометр Фабри-Перо позволяет с высоким разрешением выделять нужную спектральную компоненту (+ 1 или – 1 дифракционный порядок) при наличии интенсивного нулевого порядка. Одно из зеркал интерферометра помещается на пьезоэлектрической пластине, с помощью которой при подаче пилообразного напряжения, изменяется расстояние между зеркалами интерферометра. При этом осуществляется сканирование по длине волны, проходящего через интерферометр излучения. Прошедшее через интерферометр излучение, как и в случае прямого зондирования, поступает на фотоприемник. Э тот метод обладает большей чувствительностью, но более сложен при реализации.


Для проведения исследований разработано и изгото влено ПАВ устройство, изображенное на рисунке 3. На поверхность пластины из кристалла ниобата лития (срез ZY) нанесены три решетки ПАВ преобразователей с рабочими частота 25 МГц, 50 и 75 МГц. Каждый преобразователь имеет 4 пары электродов. В направлении распространении ультразвука поверхность пластины покрыта металлической пленкой, а на её края нанесен поглотитель.


Для проведения эксперимента как более простой и доступный использован метод пря мого зондирования. В состав стенда входит гелий-неоновый лазер (l = 0,63 мкм), две фокусирующие линзы, поворотный столик с микрометрическими подвижками по двум координатам и измеритель оптической мощности. Электрический сигнал поступает на пьезопреобразова тели ПАВ устройства с выхода генератора высокочастотного сигнала. Оптическое излучение лазера диаметром » 1мм фокусируется сферической линзой (фокусное расстояние 110мм) на металлизированную поверхность ПАВ устройства. В результате взаимодействия с ПАВ происходит дифракция лазерного излучения, первый дифракционный порядок которого через сферическую линзу поступает на вход измерителя оптической мощности (ИОМ), максимальная чувствительность которого составляет – 73 дБм.

В процессе проведения эксперимента электрический гармонический сигнал с амплитудой 4В и частотой 25МГц подавался на один из центральных ВШП. Оптическое излучение фокусировалось по оси распространения ПАВ на расстоянии » 1мм после преобразователя. Излучение первого порядка через вторую фокусирующую линзу поступало на ИОМ. Его мощность составила - 53 дБм. Излучение других порядков максимально экранировалось. Расчеты с использованием ниже приведенного соотношения [1] показали, что амплитуда  ПАВ составила » 0,5нм.




где l - длина волны лазера, qI – угол падения лазерного излучения на поверхность устройства на ПАВ, R – коэффициент отражения, I1, I0 – эффективность первого и нулевого дифракционных пучков соответственно. Исследование акустического поля, проведенное на расстоянии 5мм от пьезопреобразователя, показало, что ширина акустического пучка составила 1,8мм. Таким образом, эксперимент показал, что малоапертурный пьезопреобразователь формирует расходящийся акустическую волну, расходимость которой соответствует расчетным данным. Подобный эксперимент с аналогичными результатами был проведен с использованием ПП с рабочей частотой 50 МГц.

Таким образом, экспериментально продемонстрирована возможность измерения относительно простым оптическим способом параметров акустического поля, создаваемого малоапертурными пьезопреобразователями акустоэлектронного устройства на ПАВ.

 

*Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15 -07-04720.

 

 

Список литературы

 

1.                Гранкин И.М., Запунный А.М., Кулаева Ч.Г. Оптические системы измерения параметров устройств на поверхностных акустических волнах. Зарубежная радиоэлектроника. 1986, № 11, С. 38 -49.

2.                Кравец Е.В., Петров П.Н. Пространственная импульсная характеристика акустоэлектронных устройств обработки сигналов антенных решеток. Успехи современной радиоэлектроники. 2013, № 2, С. 93-97.

3.                Петров П.Н., Сенин А.В. Пространственно -временная обработка сигналов акустоэлектронными устройствами с масштабными переизлучающими решетками. Информационно -управляющие системы. 2006, № 3, С.5-11.