176840. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés akusztikusan anizotróp akusztikai egykristályok felhasználás szempontjából kitüntetett irányainak meghatározására
3 176840 4 megfelelő pontossággal, gyorsan és gazdaságosan megvalósítható. Felismertük, hogy az akusztooptikai fénydiffrakció egy bizonyos típusának, az akusztooptikai eszközök megvalósításánál szükségszerűen kiküszöbölendő ún. Schaefer—Bergmann-féle diffrakciónak az alkalmazásával az akusztikusán anizotrop akusztooptikai egykristályok (pl. Te02, PbMo04, Pb2MoOs stb.) orientálása kellő pontossággal és gazdaságosan megvalósítható. A találmány szerinti eljárásnak tehát az a lényege, hogy fényhullámtér, előnyösen lézernyaláb Schaefer—• Bergmann-féle diffrakciós képét hozzuk létre. A létrehozott kép alapján önmagában ismert eljárással, iterációs módszerrel végezhetjük el az orientálást. Az eljárást más módszerrel, pl. röntgendiffrakciós eljárással kombinálva is lehet alkalmazni. A találmányt részletesebben az ábrákon bemutatott kiviteli példák segítségével ismertetjük. Az 1. ábrán az akusztooptikai kölcsönhatás hullámszám-vektoros ábrázolása, a 2. ábrán egy, a találmány szerinti eljárással orientált kristály és az azon átbocsátóit lézersugár Schaefer—Bergmann-féle diffrakciós képe, és végül a 3. ábrán a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés egy kiviteli alakja látható. Az akusztooptikai fénydiffrakciónál hanghullám és fényhullám van kölcsönhatásban úgynevezett akusztooptikai közegben. A hanghullám hatására a közeg törésmutatója térben és időben periodikusan megváltozik. A közegen áthaladó fény e törésmutatórácson elhajlást szenved. E kölcsönhatást az 1. ábrán szemléltetjük. Egy kbe hullámszám vektorral jellemzett beeső fényhullám K hullámszám vektorral jellemzett hanghullámmal kölcsönhatva, irányát 9 eltérítési szöggel megváltoztatva egy kd hullámszám vektorral jellemzett eredő hullám irányába halad tovább. A 9 eltérési szög fordítottan arányos a hanghullám fázissebességével, vagyis ahol 9 az eltérési szög, X a fény hullámhossza a közegben, V, f és K a hanghullám fázissebessége, frekvenciája és hullámszáma. Ez az összefüggés módot ad az orientáció elvégzésére. Az eljárás alkalmazásához a V= =V(oc, ß, y) függvény (itt az x, ß és y szögek a kristályrács szimmetriájához simuló koordinátarendszerben egy tetszőleges irányt meghatározó három szögérték) előzetes ismerete szükséges. E függvények a szakirodalomban megtalálhatók. Egy akusztikusán anizotrop kristály egy kiszemelt síkjában a V fázissebesség irányfüggő, így az e síkban fekvő K hullámszám vektorok hossza is az, és ezért a 9 eltérítési szög a K hullámszám vektorok irányának függvénye. Ha e síkban nagyszámú, egymástól eltérő irányú K hullámszám vektorokkal jellemzett hanghullámot keltünk, akkor lézernyalábot beejtve a síkra nem egyetlen elhajlott nyalábot kapunk, hanem a felfogó ernyőn egy összetett diffrakciós kép jelenik meg. Ez az ún. Schaefer —Bergmann-féle kép. Létrejöttét példaként a 2. ábrán mutatjuk be Te02 egykristály esetén. A 2. ábrán egy í lézernyaláb 2 egykristályra, előnyösen Te02 egykristályra esik be. Áttekintés kedvéért és a szokásosan használt orientációnak megfelelően az 1 lézernyaláb a kristály (001) irányával párhuzamos. A kristályban a 3 ultrahangátalakítóval nyíró [(110) irányban polározott] ultrahanghullámokat keltünk, amelyek a néhány fokos szögben ferdén lemetszett 4 alaplapon majd az oldalfalakon visszaverődve különféle irányú hanghullámokat keltenek. E hanghullámoknak a K hullámszám vektorok egy olyan serege felel meg, amelyek végpontjai a Te02 2 egykristálynak a 2. ábra szerinti (110) és (110) irányokkal meghatározott síkjában egy 5 burkológörbén fekszenek. E 5 burkológörbe a zárt felület síkmetszete. Ennek megfelelően a 6 ernyőn felfogott diffrakciós kép a 7 elhajlási görbéből és a 8 elhajlítatlan fénynyalábból áll. Ha az 1 lézernyaláb a 2 egykristály (001) irányával valóban párhuzamos, akkor az elhajlási görbe az 1 lézernyaláb, mint tengely felől nézve négyfogású szimmetriát mutat. A 7 elhajlási görbe fényessége a betáplált ultrahangteljesítménytől függ, szimmetriáját (alakját) pedig a kristály orientációja határozza meg. Ha a 2 egykristály, előnyösen Te02 kristály 3 ultrahangátalakítót hordozó 9 lapjának a 2. ábrán függőleges normálisával az (110) irány nem párhuzamos, hanem pl. 8 szöget zár be azzal, de az 1 lézernyaláb (001) irányban halad, akkor a 7 elhajlási görbe továbbra is négyfogású szimmetriájú, de a 10 és 11 tükőrtengelyek a 8 szöggel elfordulnak az 1 lézernyalábra merőleges 6 ernyő síkjában. Ha a 9 lap normálisa párhuzamos az (110) iránnyal, de az 1 lézernyaláb a (001) iránnyal nem párhuzamos, akkor a 7 elhajlási görbe eltorzul, négyfogású szimmetriája megbomlik, de a 10 és 11 tükörtengelyek helyzete változatlan. A 7 elhajlási görbe 12 főmérete TeOz kristály, He—Ne-lézer, 40 MHz ultrahang frekvencia és a kristálytól számított 1 memyőtávolság esetén 34 mm. A kiértékelhetőség megjavítása céljából a 2 egykristály előtt és után 13,14 lencsékből álló szögnagyító távcsövet alkalmazva a 12 főméret a nagyítás mértékének megfelelően megnő. Például végtelenre állított, ötszörös nagyítású távcső esetén a 12 főméret már 170 mm. A közelítőleg 1 mm átmérőjű, Gauss-intenzitáseloszlású lézernyaláb helyét az ernyőn ± 1 mm pontatlansággal megmérve az elérhető szögmérési és egyben orientálási pontatlanság bizonyos esetekben [pl. Te02 kristály (110) irányának a lézernyalábra merőleges síkban való elforgatásakor] kisebb, mint ±0,1°. A nagy orientálási pontosság a lézernyaláb 1 mm átmérőnél is nagyfokú párhuzamosságának (nagyságrendileg 0,06° nyalábszéttartás) köszönhető. A találmány szerinti eljárás megvalósítása az előző elméleti leírás alapján tehát az alábbi lépcsőkben történik: 1. A nyers, még orientálatlan és megmunkálatlan kristálytömbből kristályvágással vagy csiszolással egy téglatest alakú tömböt alakítunk ki, amelynek egyik él« a kristály növesztésénél alkalmazott húzási iránnyal közelítőleg párhuzamos. Orientált magról történt növesztés vagy preferált növesztési irány [pl. Te02 esetén (001) irány] létezése esetén az egyik él iránya így már közeit* tőleg meghatározott. Ezután oldalpáronként az egyik oldalt néhány fokos szögben ferdén lemetsszük. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
