Излучение

сердцевины, являющейся каналом для передачи излучения, и трубчатой оболочки, предохраняющей поверхность сердцевины от загрязнений и повреждений и препятствующей рассеянию света, а также проникновению его из соседних волокон. Для обеспечения наиболее благоприятных условий полного внутреннего отражения сердцевину изготовляют из тяжелых флинтов (n = 1,82), а оболочку из крона (n = 1,52). Для обеспечения высокой световой изоляции соседних волокон применяют двойную оболочку или оболочку с непрозрачным наружным покрытием. Волокна могут иметь различную форму (рис.) и для каждого из них числовая апертура будет определяться своей формулой, в частности, для цилиндрического световода с прямыми торцами в воздухе

Волоконные световоды

а– принципиальная схема;

б– прямой с прямыми торцами; в – то же, с косыми торцами; г – изогнутый цилиндрический; д – фокон; е – афокон.

Примеры профилей показателя приломления

Одномодовые и многомодовые волокна

Диаметр сердцевины отдельного волокна колеблется в пределах от 5 до 50 мкм, иногда до 90 мкм и более. Толщина оболочки обычно равна 0,5 – 1 мкм, т, е. соизмерима с длиной волны, в некоторых случаях 2–4 мкм.

Толстое волокно обладает меньшими потерями и его легче изготовить, но разрешающая способность низкая. Тонкие волокна трудно вытягивать, собирать и укладывать в пучки или

пластины. Длина волокон в различных конструкциях изменяется от нескольких миллиметров до метров; отдельные волокна могут быть изготовлены длиной до 30 – 45 м и более.

Волокна круглого или шестигранного профиля применяют обычно в виде многоволоконных структур: жгутов (пучков) или пластин, содержащих от нескольких тысяч до десятков миллионов волокон, расположенных вплотную друг к другу и скрепленных вместе (по всей длине или по концам) с помощью смол, пластмасс и посредством спекания.

Недостатками волоконной оптики являются: сложная технология изготовления высококачественных тонких волокон и различных структур из них; значительные потери энергии в длинных волокнах из существующих материалов, необходимость применения специальных устройств для ввода и снятия информации, трудность обеспечения хорошего качества изображения, так как требуется сохранять точное подобие в расположении входного и выходного концов волокон в жгутах.

9. Приемники излучения

Принцип их действия основан на внешнем фотоэффекте (вакуумные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители и др.) или внутреннем фотоэффекте (фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы). В тепловых приемниках (калориметры, радиационные термоэлементы, болометры) энергия излучения преобразуется в тепловую, а последняя – в сигнал измерительной информации: изменение ЭДС, сопротивления, емкости и т.д.

Приемники излучения по характеру регистрации его пространственного распределения подразделяются на интегральные (фотодиоды, болометры и т.п.) и дифференциальные, или многоэлементные (фотопластинка, ПЗС-матрицы и т.п.).

Основные характеристики. Чувствительность приемника определяется отношением величины, характеризующей его реакцию (ток, напряжение), к величине, вызывающей эту реакцию (поток излучения). Функциональную зависимость между этими величинами называют световой характеристикой. Динамический диапазон измерительных приемников обычно определяется пределами линейности световой характеристики. Чувствительность приемника к потоку монохроматического излучения называют спектральной чувствительностью S ( ). Зависимость спектральной чувствительности от длины волны называется спектральной характеристикой. Во многих случаях удобно знать относительную спектральную характеристику – кривую отношения чувствительности на данной длине волны к длине волны на максимальной чувствительности.

Интегральные приемники излучения

Относительные спектральные характеристики: а – приемники с внутренним фотоэффектом (1 - кремниевый фотодиод,

2 – германиевый фотодиод, 3 - селеновый фотоэлемент, 4 – сернистосеребряный фотоэлемент); б – электровакуумные фотоэлементы и

фотоэлектронные умножители с различными фотокатодами и материалами входных окон (1 - теллуристо-рубидиевый с

окном из фтористого магния, 2 – сурьмяно-цезиевый – кварц,

3 – кислородно-серебряно-цезиевый – стекло, 4- мультищелочный – стекло, 5 – арсенид-галлиевый – стекло).

Чувствительность приемника к немонохроматическому потоку излучения называют интегральной . Темновой ток – ток, протекающий на выходе фотоприемника при отсутствии ОИ на входе. Минимальное значение измеряемой величины, которое можно обнаружить приемником, характеризуется порогом чувствительности. Его принято, оценивать потоком излучения или световым потоком, создающим на выходе приемника сигнал, эквивалентный сигналу от шумов приемника.

Фотоэлектронные полупроводниковые приемники излучения (полупроводниковые фотоэлементы и фотодиоды) –приборы с электронно-дырочным переходом (р-n переход), действие которого основано на фотогальваническом эффекте. Поглощение ОИ в таких приборах приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода носители заряда пространственно разделяются и между слоями возникает фотоЭДС. При замыкании внешней цепи через нагрузку протекает электрический ток Фотодиодами называют полупроводниковые фотоэлементы, используемые преимущественно в диодном режиме, т.е. с внешним источником питания. Схемы включения фотоэлементов и фотодиодов приведены на рис.

Прибор, аналогичный фотодиоду, но обладающий еще свойством усиления фототока (на втором р-n переходе), называется фототранзистором. Диапазон линейности в фотодиодном режиме для германиевых фотодиодов простирается до десятков тысяч люкс, у кремниевых – до сотен тысяч люкс. В вентильном режиме отклонение от линейности световой характеристики наступает при меньших освещенностях.

– электровакуумный фотоэлемент; б – вентильный фотоэлемент; в – фотодиод; А – анод; К – фотокатод; Ф – поток излучения;

Rн – сопротивление нагрузки; U – рабочее напряжение.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – электровакуумный прибор, в котором ток фотоэлектронной эмиссии фотокатода усиливается

умножительной (динодной) системой посредством вторичной эмиссии. Для ускорения и фокусировки электронов между фотокатодом, фокусирующими электродами катодной камеры, направляющими их на вход динодной системы, первыми и последующими динодами (электродами, умножающими падающий на них электронный поток посредством вторичной эмиссии) и анодом создаются разности потенциалов при помощи внешнего высоковольтного источника (600 – 3000 В) и делителя напряжения

К – фотокатод, В - фокусирующие электроды входной системы, Э1 – Э9 – диноды, А – анод;

Rн - сопротивление нагрузки;

– – – – – - траектории электронов

Для регистрации пространственного

распределения параметров оптических полей объектов применяют анализаторы изображения (АИ) различных типов.

Они делятся на две большие группы – сканирующие и несканирующие.

К несканирующим АИ относятся электронно-оптические преобразователи (ЭОП) и усилители яркости изображения (УЯИ), фотопленки и фотопластинки (ФП), визуальные голографические системы и т.п.

Сканирующие АИ можно разделить на две группы – активные и пассивные. Пассивные основаны на последовательном просмотре поверхности объектов системой, состоящей из оптикомеханического или иного сканатора и узкоканального фотоприемника. Объект при этом освещается широкоугольным источником света или регистрируется его собственное излучение. Изображение в пассивных АИ может производиться также многоэлементным фотоприемником (матрица ПЗС, видикон и т.п.), т.е. с помощью телевизионной системы с электронным сканированием изображения. В активных АИ объект контроля точка за точкой освещается сфокусированным пучком оптического излучения, а регистрация отраженного и/или прошедшего через объект излучения производится с помощью оптико-электронной системы, обычно на базе одноэлементного фотоприемника.

ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ.

Принцип действия. Фоточувствительный прибор с зарядовой связью представляет собой специфическую фоточувствительную МДП-микросхему с регулярной системой электродов, расположенных на поверхности диэлектрика столь близко друг от друга, что существенным становится их взаимовлияние, т. е. перекрытие электрических полей соседних электродов внутри

кристалла полупроводника.

1 – кристалл кремния, 2 – выходные контакты, 3 – электроды 4 – стоп-каналы, 5 – система разводок

Функционально ФПЗС – это прибор, воспринимающий изображение, осуществляющий его разложение на элементарные фрагменты, поэлементное электронное

считывание (сканирование) и формирование на выходе видеосигнала, адекватного изображению. Принцип действия ФПЗС рассмотрим на примере классической трехтактной схемы управления. В этом случае элементарная ячейка ФПЗС включает три соседних электрода 1 – 3 одной строки. В течение первой фазы к электроду 2 прикладывается положительное напряжение хранения (обычно Uхр = 10...20 В). Благодаря возникающему электрическому полю дырки оттесняются в глубь полупроводника и у поверхности образуется обедненный слой (ОС) глубиной = 0,5 … 2 мкм, представляющий собой на энергетической диаграмме потенциальную яму для электронов. Освещение ФПЗС порождает в объеме полупроводника электронно-дырочные пары, при этом электроны втягиваются в потенциальную яму и локализуются в тонком (около 10 нм) приповерхностном слое. Перемещение электронов осуществляется путем дрейфа (внутри ОС) или диффузии (вне ОС). Накопление электронов ведет к образованию зарядового пакета, который определяется локальной интенсивностью и временем засветки. Зарядовый пакет может относительно долго (1 … 100 мс) сохраняться, однако постепенно термогенерация электронов объемными и поверхностными ловушками приводит к искажению хранимой информации.

Во время второй фазы к электроду 3 прикладывается напряжение считывания Uсч > Uхр; вследствие близости электродов 2 и 3 барьер между ними исчезает и зарядовый пакет перетекает в более глубокую потенциальную яму. Здесь также имеют место дрейф (между электродами и вблизи их краев) и диффузия электронов (под электродами). На этой фазе происходит некоторая утеря информации, часть электронов зарядового пакета рекомбинирует при взаимодействии с поверхностными ловушками, а часть пропадает вследствие неполного перетекания зарядов. Во время третьей фазы напряжение на электроде 3 снижается до Uхр, а с электрода 2 потенциал снимается. На электродах, к которым не приложены напряжения Uхр или Uсч, все время поддерживается небольшое напряжение смещения Uсм < Uхр, обеспечивающее обеднение всей поверхности полупроводника и ослабление поверхностной рекомбинации. Итак, зарядовый пакет перенесен на один шаг вправо и подготовлен к новому перемещению Электрод 1 в этом процессе играет роль буфера, иначе слева от электрода 2 оказался бы 3-й электрод предыдущей ячейки, и во 2-м такте зарядовый пакет

равновероятно мог бы перетекать как вправо, так и влево.

Таким образом, в ФПЗС пространственное распределение интенсивности излучения преобразуется в рельеф электрических зарядов, локализующихся в приповерхностной области. Зарядовые пакеты перемещаются от элемента к элементу, выводятся наружу и дают последовательность видеоимпульсов, адекватную полю излучения, т.е. осуществляется стандартный телевизионный алгоритм восприятия образа.

Светочувствительные датчики на основе КМОП

Устройство элементарной ячейки такой матрицы показано на рис. В фотодиоде, накрытом светофильтром (на рисунке он выделен красным цветом), под действием света накапливаются заряды. Сформированный этими зарядами потенциал, зависящий от освещенности, усиливается сложной конструкцией из трех CMOS

-транзисторов. У усилителя имеется два выхода, обозначенных как «выбор строки» и «выход столбца». Такие элементарные ячейки объединяются в матрицу и позволяют фиксировать двумерное изображение.

На рис. показано, как такие элементарные ячейки объединяются в матрицу. Конструкция на рисунке представлена довольно близко к тому, как это действительно выглядит на светочувствительном кристалле. Выводы каждой ячейки «выбор строки» в строках матрицы и выводы «выход столбца» в столбцах — объединены. Чтобы считать сигнал, например, со второй ячейки в верхнем ряду (зеленой), достаточно подать определенное напряжение на первую строку (то есть в буквальном смысле слова «выбрать

строку 1»), а затем измерить зависящее от освещенности напряжение

на выходе столбца 2. И так последовательно для всех выходов столбцов (получаем первую строку изображения), потом выбираем вторую строку и опять снимаем сигналы со всех выходов столбцов и так далее.

Преиммущества КМОП-матриц:

•Сигнал у снимается индивидуально с каждой ячейки. Это полезное свойство — можно снимать картинку только в определенном окне (реализуя тем самым «цифровой зум» без дополнительных усилий).

•Высокое быстродействие (его можно довести до 500 кадров в секунду). Это позволяет успешно использовать CMOS-матрицы в системах машинного зрения и для анализа быстродвижущихся объектов.

•У таких матриц, как и у любых CMOS-элементов вообще, — очень низкое энергопотребление и требуется только один низковольтный источник питания. К тому же CMOS-матрицы просты в изготовлении

Недостатки КМОП-матриц

усилители занимают заметную площадь кристалла. Коэффициент заполнения (fill factor) — отношение площади фоточувствительного элемента ко всей площади пикселя в процентах — у большинства CMOS-датчиков не превышает 75% , а значит чувствительность у них занижена. Еще важнее, что у CMOS-матрицы очень высокий уровень шума. В основном он обусловлен темновыми токами — даже в отсутствие освещения через фотодиод течет довольно значительный ток, сильно зависящий от температуры. Еще хуже, что эти паразитные токи вследствие технологического разброса параметров сенсоров могут сильно (в разы!) различаться, как впрочем и их температурная зависимость.

Высокий уровень шумов ведет к падению динамического диапазона — отношение самого сильного возможного сигнала к самому слабому, еще различимому на уровне шумов. Приходится применять сложнейшие схемы шумоподавления, и тогда такие преимущества CMOS, как малое потребление, быстродействие, технологичность, сходят на нет.

Сравнение CCD и CMOS

До недавнего времени CCD-матрицы преобладали везде, где требовалось высокое качество цветного изображения, чувствительность и хороший динамический диапазон.

Это профессиональные и бытовые видеокамеры, цифровые фотоаппараты, системы видеонаблюдения и так далее.

CMOS-матрицы использовали в секторе low-end бытовой аппаратуры - дешевых камерофонах и веб-камер, а также некоторые направления технологического плана: системы машинного зрения, датчики движения, медицинские зонды, получение изображения отпечатков пальцев и т. п.

Амплитудные характеристики матричных приемников

Точность измерения яркости изображения, построенного оптическими устройствами в плоскости входного окна прибора, определяется рядом процессов, связанных с преобразованием световой энергии в зарядовые пакеты, их накоплением и передачей в транспортные и выходные регистры, с последующим преобразованием в выходной СИ. Характеристика преобразования светсигнал, показывающая зависимость величины сигнала на выходе прибора от освещенности описываемого элемента его i-й фотосекции. Начальное значение выходного сигнала (UТ),

соответствующее отсутствию освещенности, определяется темновыми токами.

Работа прибора возможна только в пределах линейного участка до Uthr, так как избыточный заряд, растекаясь по соседним элементам матрицы, вызывает грубые искажения изображения. Наклон прямолинейного рабочего участка зависит как от конструктивно-технологических особенностей ПЗС, так и от времени накопления фотогенерируемых зарядов (ТН1 < ТН2 <

ТН3).

10. ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОНК

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОСВЕТИТЕЛЕЙ

Структурная схема источника оптического излучения:

1 – источник питания, 2 – источник излучения, 3 – блок спектральной фильтрации, 4 – блок поляризационных фильтров, 5 – блок оптических аттенюаторов, 6 – блок модуляции,

7 – оптическая система фокусировки, сканирования и управления размерами и формой светового пучка, 8 – контроллер блока питания, 9 – блок опорного фотоприемника, 10 – блок управления.

В реальных приборах некоторые блоки могут отсутствовать, что определяется спецификой конкретной задачи контроля. В то же время функции некоторых блоков могут объединиться в одном.

Обобщенная оптическая схема осветителей для ОНК:

1 – эллипсоидный отражатель, 2 – источник света, 3 – световод, 4 – линзы, 5 –светофильтр, 6 – поляроид, 7 – модулятор, 8 – линза, 9 –транспарант,

10 – объектив, 11 –апертурная диафрагма, 12 – зеркальный дефлектор, 13 – объект, 14 – диафрагма поля зрения, 15 – опорный фотодиод, 16 – светодиод, 17 – фотодиод оптрона.

В качестве источника света можно использовать лампы накаливания, мощный светодиод, лазер, газоразрядный источник и т.д. Затвор (модулятор) 7 может быть как оптико-механическим (шторный или центральный затвор, обтюратор и т.п.), так и любого другого типа (электро-, магнито-, акустооптического и т.п.

Фотодиод 15 предназначен для контроля светового потока источника 2. Оптрон на базе светодиодов 16 и 17 используется для генерации синхросигналов в системе контроля пространственного положения зеркала дефлектора. Световод 3 транспортирует излучение по любой сложной пространственной траектории и существенно облегчает компоновку системы контроля.

Разновидности оптических систем осветителей

а – линзовый конденсор; б - конденсор на основе линз Френеля; в – эллиптический отражатель; г – цилиндрическая линза;

д – цилиндроэллиптический рефлектор; е – параболоцилиндрический рефлектор; ж – мозаичный осветитель из

линейчатых источников; з – мозаичный осветитель на основе точечных источников;

и – нагреватель на основе композиции из параболоцилиндрических рефлекторов; к – осветитель с рассеивателем; л – осветитель по схеме Келлера 1 – точечный источник света, 2 – линза, 3 – линза Френеля, 4 – эллипсоидный рефлектор,

5 – цилиндрическая линза, 6 – цилиндроэллиптический рефлектор, 7 – линейчатый источник света, 8 – параболоцилиндрический рефлектор, 9 – плоский рефлектор, 10 – параболоидный рефлектор, 11 – рассеиватель, 12 – объектив, 13 – объект, 14 - маска

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЕЙ С ЛАЗЕРАМИ

Обобщенная схема осветителя с лазером включает:

•блок излучателя (I)

•приемник излучения (II)

•блок визуального контроля (III)

•блок управления объектом (IV)

•блок обработки и отображения информации (V).

Блок излучателя включает обычно лазер, коллиматор СК для уменьшения расходимости излучения, модулятор (М), поляризационный; элемент (П), дефлектор (Д), объектив (О), светоделитель (СД) для отклонения части излучения на фотодиод ФД-1 опорного канала прибора.

Блок приемника излучения включает объектив (О), светофильтр (Ф) для спектральной селекции лазерного излучения на фоне оптических помех, поляроид-анализатор (А) для анализа состояния поляризации отраженного от объекта света, фотодиод (ФД) или ФЭУ, усилитель (У), АЦП,

графическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Блок визуального контроля содержит осветитель (МС), оптический визир (ОВ) с измерительной сеткой (ИС).

Блок управления объектом состоит из устройства перемещения объекта в прямоугольной системе координат, его вращения и наклона, а также устройства функционального воздействия на изделие, необходимого для более эффективного выявления дефектов (нагрев, вибрация, воздействие электромагнитным полем и т.д.).

Синхронизацию информационных потоков и управляющих воздействий, а также обработку и индикацию результатов контроля осуществляет персональная ЭВМ (или микропроцессор, если объем вычислений невелик).

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ И АНАЛИЗА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРОВ

Для изменения и анализа поляризации излучения лазеров применяют поляризаторы различных типов, преимущественно кристаллические (призмы Николя, Фуко, Томпсона и др.). Они работают в широком спектральном диапазоне видимого и ближнего ИК-диапазонов спектра, мало влияют на расходимость к интенсивность пучков ОКГ.

Всреднем и дальнем ИК-диапазонах применяют поляризаторы в виде решеток из тонкой проволоки, некоторые полимерные материалы, отражательные поляроиды (набор пластинок из диэлектрического материала).

Для деполяризации излучения ОКГ используют эффекты его рассеяния на некоторых материалах. Хорошими деполяризаторами служат волоконно-оптические элементы (ВОЭ), однако они сильно изменяют расходимость пучка.

Анализ поляризации излучения производится с помощью описанных выше элементов. В последнее время созданы высокочувствительные магнитооптические поляриметры, эффективно применяемые в полупроводниковой промышленности.

С помощью анализа поляризованного света исследуют напряженное состояние прозрачных сред методом фотоупругости.

Вряде случаев, например, при измерении зеркального отражения объекта при нормальном падении на него луча лазера, необходимо подавить блики, отраженные от оптических элементов сканера в сторону приемника излучения. Для этого применяют систему поляризационной оптической развязки.

УСТРОЙСТВА СКАНИРОВАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Одним из основных элементов систем лазерного сканирования является дефлектор, т.е. устройство перемещения луча в пространстве. Сканирование объектов сфокусированным световым лучом в сочетании с синхронной фотоэлектрической регистрацией рассеянного ими света позволяет преобразовывать двухмерные поля яркости в одномерный электрическим сигнал, который затем визуализируется на экране телевизионного дисплея или анализируется с помощью ЭВМ.

Неоднородности оптических свойств объекта вызывают адекватную модуляцию интенсивности сигнала фотодетектора.

Сканирование широко применялось и до изобретения лазера, однако такие ограничения традиционных источников света (лампы накаливания, газоразрядные источники, светодиоды) как сравнительно невысокая яркость и обусловленная этим необходимость работы при больших апертурах фокусирующей оптики, характеризующихся малой глубиной резкости изображения, делали системы «бегущего луча» недостаточно эффективными. Лазеры с их высокой направленностью и яркостью стимулировали быстрый прогресс этих перспективных устройств.

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные типы дефлекторов, отличающихся различными способами сканирования:

1.Системы с механическим сканированием объекта относительно неподвижного лазерного луча. Эти системы применяют обычно для контроля изделий сложной формы или в случае, когда необходимо в каждой точке объекта регистрировать пространственное распределение (индикатрису) рассеяния света.

Траектории механического сканирования могут быть самыми различными – крестообразными, растровыми, векторными (т.е. с перемещением объекта по заданному контуру в пределах локальных: участков), спиральными, винтовыми (характерны для контроля поверхностей труб, цилиндров) и т.д.

Для перемещения объектов обычно используют шаговые (в том числе линейные) двигатели, управляемые ЭВМ. Скорости перемещений достигают 100 - 200 мм/с (для объектов типа печатных плат). Применение воздушной или магнитной подвески позволяет добиться полей перемещения до 500 мм и более при точности позиционирования до 0,005 мм, Среди достоинств систем с механическим сканированием - высокие фотометрическая точность и

разрешающая способность (до 1 мкм). Основной недостаток механических сканеров - невысокая производительность контроля.

2.Системы с комбинированным оптико-механическим сканированием. Для них характерно перемещение объекта по одной координате механическим путем при сканировании его по второй координате бегущим световым лучом.

Этот тип сканеров - один из наиболее распространенных в промышленности. Например, так сканируется поверхность плат, листового проката, текстильных материалов, полимерных пленок, бумажных рулонов к пр.

Развертка луча при этом производится обычно по линейной траектории в направлении, перпендикулярном движению объекта. При контроле внутренней поверхности труб применяется круговая развертка лучом в сочетании с продольным перемещением самой трубы. Возможны и другие комбинации.

3.Сканеры с оптической разверткой поверхности объектов с помощью дефлекторов, реализующих «обегание» лучом неподвижного изделия. Эти системы находят применение в основном в наиболее производительных автоматических системах лазерного контроля. Эти системы - наиболее скоростные, и вместе с тем наиболее сложные в исполнении и точности изготовления. По принципу действия оптические дефлекторы обычно делят на оптико-механические и электронно-оптические. Внутри каждой группы можно разделить дефлекторы по физическим методам управления.

Оптические дефлекторы. Их действие основано на изменении направления луча в пространстве при его отражении (или преломлении в случае рефракционных сканеров) на подвижных оптических элементах (вращающихся или колеблющихся зеркалах, линзах, призмах, пирамидах и т. д.).

Наиболее распространены зеркальные дефлекторы, которые имеют широкий спектральный диапазон, высокие скорости развертки, относительно просты в изготовлении.

Наиболее просты в изготовлении одиночные вращающиеся колеблющиеся зеркала (рис. а, б). Зеркальные барабаны (рис. 2.47, в) и призмы (рис. 2.47, г) обеспечивают высокие скорости развертки, но требуют высокой точности изготовления, тщательной динамической балансировки.

Схемы зеркальных дефлекторов

а – вращающееся зеркало; б - колеблющееся зеркало; с - вращающаяся зеркальная призма; г – вращающаяся зеркальная пирамида (1 –

лазер, 2 - зеркало, 3 - призма, 4 – пирамида).

Действие биморфных дефлекторов

основано на способности пластинок из двух пьезокерамических материалов изгибаться пол действием приложенного электрического поля. Они отличаются высоким быстродействием, но ограниченным углом сканирования (2 10°) и небольшими размерами зеркал.

Применяются также и волоконно-оптические дефлекторы (ВОД), способные преобразовать круговую траекторию сканирования в линейную (или иную) и имеющие высокую скважность, практически равную 1. Однако на выходе ВОД луч лазера расходится, что затрудняет их применение. ВОД обычно используют для сканирования объектов, расположенных вблизи от их выходных торцов. На входе ВОД сканирование осуществляют дополнительным дефлектором (зеркальным или др.).

В лазерных системах нагрева применяются также акустооптические (АОД), электрооптические (ЭОД) и магнитооптические (МОД) дефлекторы. В АОД используется эффект дифракции лазерного луча на градиентах показателя преломления в жидкостях или твердых телах, в которых возбуждаются звуковые волны. Ультразвуковая волна, распространяясь в твердом теле или жидкости, создает локальные сжатия и разряжения среды. Наличие эффекта фотоупругости и механических напряжений обусловливает изменения диэлектрической проницаемости и, следовательно, показателя преломления среды. В среде периодически образуются слои с отличающимися показателями преломления. Они движутся со скоростью звуковой волны и следуют друг за другом на расстоянии половины длины звуковой волны. При прохождении света через такую структуру возникает дифракция Серийные АОД работают на длине волны лазерного излучения = 0,63 мкм, имеют диапазон

рабочих частот f от 300 МГц и время переключения 5,1 мкс. Такие АОД изготовляют из некоторых марок стекол, молибдата свинца, плавленого кварца германия.

Действие ЭОД основано на эффекте изменения показателя преломления некоторых веществ в электрическом поле, что соответствующим образом изменяет угол выхода луча из выходной грани кристалла дефлектора.

Работа МОД основана на возможности отклонения лучей с помощью тонких магнитных пленок или пластин, в которых создается доменная структура типа дифракционной решетки, период и ориентация которой изменяются с помощью эффекта Фарадея (вращение плоскости поляризации в магнитном поле). Эти приборы еще находятся в стадии разработки