1.2 Расчет электрических параметров

Для нахождения этих параметров, прежде всего, необходимо произвести согласование пьезопреобразователя с нагрузкой.

Рисунок 1.2 – Эквивалентная схема ПП

На рис.1.2 представлена эквивалентная схема ПП. Для расчета выберем

Z_ВХ = 50 Ом, С = 10пФ, R = 1кОм, P_ЭЛГЕН = 3 Вт. Находим проводимость ПП:

Тогда сопротивление ПП равно:

Входную мощность ПП можно найти по формуле:

,

где Г – коэффициент отражения.

Модуль сопротивления ПП равен:

Находим акустическую мощность, поступающую в светозвукопровод (с учетом заданного материала и выбранных геометрических размеров ПП), из следующего выражения:

1.3 Расчет основных параметров и характеристик аом

Естественная расходимость пучка:

Общий диапазон сканирования:

Число элементов разрешения:

Одним из важных параметров АОМ является динамический диапазон,

определяющий диапазон входной мощности, при котором характеристики АОМ остаются неизменными.

где P_{ЭЛ min} определяется чувствительностью фотодетектора, P_{ЭЛ min} = 1 мкВт;

P_{ЭЛ.ТРЕБ} определяется через P_AK.ТРЕБ.

P_AK.ТРЕБ в свою очередь выбирается на половине линейного участка графика функции эффективности дифракции, η(P_AK):

где

Рисунок 1.3 – График зависимости эффективности дифракции от P_AK

По заданию η_d0 = 70%, при этом P_AK.ТРЕБ = 12,3 мВт.

Находим P_{ЭЛ.ТРЕБ}:

где α_общ – потери в среде и на границе раздела сред ПП и СвЗвПр.

Общие потери потока звуковой энергии (α_общ), в модуляторе, будут складываться из потерь в активной среде, потерь на границе преобразователь– активная среда и потерь в преобразователе, т.е.

где α_акср – акустические потери в средней точке базы звукопровода;

α_гр – акустические потери на границе преобразователь – звукопровод;

α_п – акустические потери в пьезопреобразователе.

где τ_ак – коэффициент пропускания границы преобразователь – звукопровод.

Акустические потери в пьезопреобразователе, с учетом толщены пьезопластинки:

где α – коэффициент оптического поглощения.

Так как акустические потери в пьезопреобразователе очень малы то не будем их учитывать, тогда общие потери потока звуковой энергии в модуляторе:

.

Тогда:

2 Расчет акустооптического анализатора спектра (аоас)

Цель работы: рассчитать одноканальный акустооптический анализатор спектра в режиме дифракции Брэгга.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема АОАС

Рассмотрим принцип действия АОАС. На рис.2.1 представлена схема анализатора. Линзы Л₁ и Л₂ предназначены для увеличения ширины когерентного светового пучка до необходимого размера D_ВХ. При помощи акустооптического модулятора исследуемый радиосигнал вводится в АОМ через пьезопреобразователь. Линза Л₃ обеспечивает преобразование Фурье модулированного сигнала. Считывание и запоминание результата производиться при помощи ПЗС.

Необходимо рассчитать:

1) Геометрические размеры пьезопреобразователя (пп) и светозвукопровода (СвЗвПр);

2) Электрические параметры: входную мощность, pэл.Вх и pак;

3) функциональные параметры: ширину входного светового пучка, D_ВХ и фокусное расстояние линзы, обеспечивающей Фурье преобразование, F;

4) основные параметры и характеристики АОАС: динамический диапазон DD, минимальное число разрешимых элементов по частоте δf, время максимального и минимального взаимодействия τ_max, τ_min.

Исходные данные:

длина волны светового пучка – λ₀ = 0,63 мкм;

центральная частота – f₀ = 50 МГц;

разрешающая способность – δf = 1 МГц;

полоса частот – ∆f = 20 МГц;

дифракционная эффективность – η_d0 = 90%.

Материал пъезопреобразователя – ниобат лития LiNbO₃:

тип УЗВ – продольная;

относительная проницаемость среды – ε_r = 27,5;

плотность – ρ = 4640 кг/м³;

коэффициент электромеханической связи – К_эл = 0,17;

скорость звука в среде – υ_ак = 7330 м/с.

Материал светозвукопровода – парателлурит ТеО₂:

коэффициент оптического поглощения – α= 3 Нп/м;

показатель преломления среды – n₀ = 2,26;

плотность среды – ρ = 5720 кг/м³;

скорость распространения акустической волны – υ_ак = 650 м/с;

коэффициент акустического поглощения – α_ак= 50 дБ/см;

коэффициент акустического качества – M₂ = 800×10^-15 с³/кг;

упругооптический коэффициент – р = 0,18;

агрегатное состояние среды – твердое.