Termikus effektusok vizsgálata akusztooptikai eszközökben = Investigation of thermal effects in acusto-optical devices

Székely, Vladimir and Barócsi, Attila and Jakab, László and Kerecsen Istvánné Rencz, Márta and Kollár, Ernő and Maák, Pál Andor and Pohl, László and Poppe, András and Richter, Péter and Ujhelyi, Ferenc (2007) Termikus effektusok vizsgálata akusztooptikai eszközökben = Investigation of thermal effects in acusto-optical devices. Project Report. OTKA.

Preview

PDF 46855_ZJ1.pdf Download (1MB)

Abstract

Kutatási projektünk során különböző típusú és rendeltetésű akusztooptikai eszközökben kialakuló termikus jelenségeket vizsgáltuk. Kidolgoztuk az akusztooptikai effektus termikus modelljét, amelyben az akusztikus nyaláb elnyelődése, valamint az ultrahangkeltő elektromos és akusztikus veszteségei következtében felszabaduló hőmennyiség-eloszlást, az ennek megfelelő hőmérséklet-eloszlást szimuláltuk. A modellt akusztooptikai hatásfok-mérésekkel, valamint működő cellán végzett termovíziós mérésekkel fejlesztettük és ellenőriztük. A számolt és mért hőmérséklet-eloszlás segítségével kiszámoltuk az akusztooptikai kristályok optikai és akusztooptikai paramétereinek termikus változását, és ezeket integráltuk a fény hangoszlopon bekövetkező diffrakcióját és terjedését leíró modellünkbe. Megállapítottuk, hogy az üzemi hőmérsékleten kialakuló termikus lencse jelentősen befolyásolhatja a fénynyaláb terjedési irányát és intenzitás-eloszlását. Eljárásokat dolgoztunk ki az ultrahangkeltő veszteségeink csökkentésére a technológia javításával. Optimalizáltuk az akusztooptikai eszközök dobozolását hőtechnikai szempontból, és a nagyobb akusztikus teljesítményen működő eszközöket kiegészítettük egy kétkörös aktív hőelvezető és hűtőelemmel. A bevezetett módszerekkel sikerült az eszközök hőmérsékletnövekedését nagyobb elektromos teljesítmény esetén is korlátozni, valamint a hőmérséklet-eloszlás frekvenciafüggését és gradiensét a kristályban csökkenteni. | We examined theoretically and practically thermal effects in different type acousto-optic devices designed for different purposes. We elaborated a numerical model of the thermal processes appearing in these devices. In this model we calculate the heat distribution arising from the absorption of acoustic waves and electric transducer losses and calculate the corresponding temperature distribution across the device. The development of the model has been supported by continuous measurement of the acousto-optic interaction efficiency and temperature distribution on the acousto-optic crystal surfaces. Starting from the measured and calculated temperature distribution in the crystal we simulated the thermal changes of its photoelastic and optical parameters. We included the results in our model, which simulates the propagation of the optical beams through the acousto-optic crystal, and found that the thermal lens effect considerably influences their propagation direction and transversal intensity distribution. Based on the thermal imaging measurements we improved our acousto-optic transducer technology to reduce its losses. We optimized the housing of the devices to effectively remove the heat from the crystal walls and elaborated an active cooling system capable to control device temperature during operation. These improvements helped to limit and stabilize temperature increase and temperature gradients even at higher input electric power levels.

Actions (login required)

Edit Item