Исходные данные для расчета акустооптической ячейки

Длина волны светового пучка – ;

Ширина светового пучка – ;

Выходная мощность генератора – ;

Материал пьезопреобразователя

Материал светозвукопровода

Полоса частот

Центральная частота

Разрешающая способность

Число разрешимых элементов N= ак/

Дифракционная эффективносить ,

Рис.4 . Геометрия АОМ

Расчетные соотношения

Для обеспечения колебаний заданной частоты и для нормальной работы АОМ, в целом, необходимо произвести выбор материала для изготовления пьезопреобразователя АОМ (если материал не задан) и рассчитать его геометрические размеры (h -ширина полоска пьезопреобразователя, d -толщина пластинки пьезопреобразователя, H-ширина пластинки пьезопреобразователя, l-длина взаимодействия светового пучка с ультразвуком). Для расчета геометрических размеров пьезопреобразователей, использующихся в АОМ можно воспользоваться данными представленными в таблицах №1,2,3.

. 1. Расчет пьезопреобразователя

Основной функцией, выполняемой пьезопреобразователем, является возбуждение ультразвуковой волны в материале звукопровода. При этом возникают вопросы эффективной трансформации электрической энергии в ультразвуковую и обратно. Электрического и акустического согласования преобразователей и влияния различных конструктивных элементов (электродов, клеев, промежуточных слоев, тыльных нагрузок), которое необходимо учитывать при разработке АОМ.

Расчёт волнового числа и длин волн акустической волны в среде

Длина акустической волны в пьезослое рассчитывается по формуле

, (1)

где c – скорость света в вакууме, равная ;

f0 - частота электрического сигнала, на пьезопреобразователе, Гц;

- показатель преломления пьезопреобразователя,

- скорость распространения акустической волны в пезопреобразователе, м/с.

Длина акустической волны в промежуточном слое рассчитывается по формуле

, (2)

где – показатель преломления промежуточного слоя.

Длина акустической волны в звукопроводе рассчитывается по формуле

, (3)

где - показатель преломления звукопровода.

Волновое число акустической волны в пьезопреобразователе вычисляется по формуле

, (4)

Волновое число акустической волны в промежуточном слое определятся выражением

, (5)

Расчёт площадей слоёв

Эффективная площадь поперечного сечения промежуточного слоя определяется выражением

, (6)

где – ширина пьезопреобразователя, м; – длина пьезопреобразователя, м.

Эффективная площадь первого электрода вычисляется по формуле

, (7)

где – ширина первого электрода, м; – длина первого элетрода, м.

Расчёт акустических сопротивлений слоёв

Акустическое сопротивление пьезослоя определяется из выражения

, (8)

где – плотность материала пьезопреобразователя, кг/м³; – скорость распространения акустической волны в пьезопреобразователе, м/с.

Акустическое сопротивление промежуточного слоя определяется по формуле

, (9)

где – плотность материала промежуточного слоя, кг/м³; – скорость распространения акустической волны в промежуточном слое, м/с.

Акустическое сопротивление звукопровода определяется по следующей формуле в случае отсутствия промежуточного слоя.

, (10)

где – плотность материала звукопровода, кг/м³; – скорость распространения акустической волны в звукопроводе, м/с.

При наличии промежуточного слоя, кроме потери энергии, происходит трансформация акустического сопротивления звукопровода, в связи, с чем его можно использовать в качестве элемента для акустического согласования.