Документ описывает патент на устройство управляемой термооптической генерации акустической волны, разработанное на базе Гомельского государственного университета. Устройство включает лазерный источник, модулятор, оптический элемент и систему для генерации акустического сигнала, улучшая производительность и функциональные возможности для неразрушающего контроля материалов. Основные преимущества заключаются в автоматическом управлении, быстродействии и эффективном взаимодействии с магнитоактивными слоями.

1. (19) BY (11) 10757
(13) U
(46) 2015.08.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
G 10K 11/00 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЯЕМОЙ ТЕРМООПТИЧЕСКОЙ
ГЕНЕРАЦИИ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ
(21) Номер заявки: u 20150083
(22) 2015.03.09
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный уни-
верситет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(72) Авторы: Митюрич Георгий Семено-
вич; Черненок Екатерина Викторовна;
Сердюков Анатолий Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(57)
1. Устройство управляемой термооптической генерации акустической волны, вклю-
чающее источник лазерного излучения, модулятор интенсивности лазерного излучения,
оптический элемент для формирования светового пучка с заданным бесселевым профилем
распределения интенсивности, устройство управления оптическим элементом, систему
для генерации акустического сигнала, состоящую из прозрачного демфера, поглощающей
среды, помещенных внутри катушки, создающей магнитное поле, отличающееся тем, что
оптический элемент для формирования светового пучка выполнен в виде плоскопарал-
лельной кристаллической пластины, содержащей на верхней грани концентрические
кольцевые электроды и центральный круглый электрод, а на нижней грани прозрачный
сплошной электрод, электрически связанный с центральным круглым электродом, устрой-
ство управления оптическим элементом выполнено в виде источника питания и делителя
напряжения, электрически связанных с электродами оптического элемента, поглощающая
среда выполнена в виде магнитоактивных слоев из феррит-граната.
BY10757U2015.08.30

2. BY 10757 U 2015.08.30
2
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что плоскопараллельная кристаллическая
пластина выполнена из кристаллического материала, обладающего линейным электрооп-
тическим эффектом Поккельса, например ниобата лития.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поглощающая среда из феррит-граната
выполнена в виде одномерного магнитофотонного кристалла микрорезонаторной струк-
туры с модифицированным магнитоактивным слоем.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник лазерного излучения выпол-
нен в виде непрерывного полупроводникового лазера, или CO2-лазера, или волоконного,
или диодного лазера.
(56)
1. Патент США 4169662, МПК G 01N 29/00, 1979.
2. Патент РБ 5969U, МПК G 10K 11/00, 2010 (прототип).
Полезная модель относится к приборостроению, в частности к акустическим устрой-
ствам, и может быть использована для неразрушающего оптико-акустического контроля
материалов и изделий, дефектоскопии, медицинской диагностики.
Известно устройство термооптической генерации акустической волны, включающее
источник лазерного излучения, модулятор интенсивности лазерного излучения, оптиче-
ский элемент для формирования светового пучка с заданным профилем распределения
интенсивности, систему для генерации акустического сигнала [1].
В данном устройстве оптический элемент для формирования светового пучка с задан-
ным профилем распределения интенсивности выполнен в виде френелевской зонной пла-
стинки, размещенной между лазерным источником и поверхностью образца, что
позволяет формировать только один тип ультразвуковых волн с заданным распределением
интенсивности. Для получения нескольких типов ультразвуковых волн с заданным рас-
пределением интенсивности требуется замена френелевской зонной пластинки при изме-
нении распределении интенсивности сигнала.
Кроме того, система для генерации акустического сигнала данного устройства имеет
недостаточное быстродействие.
Все эти недостатки усложняют конструкцию, наладку и юстировку устройства, а так-
же снижают производительность и ее функциональные возможности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является
устройство управляемой термооптической генерации акустической волны, включающее
источник лазерного излучения, модулятор интенсивности лазерного излучения, оптиче-
ский элемент для формирования светового пучка с заданным бесселевым профилем рас-
пределения интенсивности, устройство управления оптическим элементом, выполненным
в виде аксикона, систему для генерации акустического сигнала, состоящую из прозрачно-
го демфера и поглощающей среды, помещенную внутри катушки, создающей магнитное
поле [2].
Известное устройство термооптической генерации акустической волны позволяет пе-
ремещением аксикона менять угол конусности формируемого бесселевого светового пучка,
формировать несколько типов ультразвуковых волн, управлять амплитудой и распределе-
нием их интенсивности.
Недостатком данного устройства является низкая производительность, так как пере-
мещение аксикона осуществляют устройством управления, выполненным в виде ручной
механической передачи, а также сложность изготовления аксикона.
Кроме этого, поглощающая гиротропная среда недостаточно эффективна из-за не-
большой величины циркулярного дихроизма.

3. BY 10757 U 2015.08.30
3
Вышеуказанные недостатки данной установки снижают производительность и функ-
циональные возможности.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является улучшение
условий ее эксплуатации, повышение производительности и функциональных возможно-
стей.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения за-
ключается в обеспечении автоматического управления генерацией акустических волн,
увеличение быстродействия системы формирования пространственного профиля квази-
бездифракционного светового пучка и повышение функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве управляемой
термооптической генерации акустической волны, включающем источник лазерного излу-
чения, модулятор интенсивности лазерного излучения, оптический элемент для формиро-
вания светового пучка с заданным бесселевым профилем распределения интенсивности,
устройство управления оптическим элементом, систему для генерации акустического сиг-
нала, состоящую из прозрачного демфера и поглощающей среды, помещенную внутри ка-
тушки, создающей магнитное поле, согласно полезной модели, оптический элемент для
формирования светового пучка выполнен в виде плоскопараллельной кристаллической
пластины, содержащей на верхней грани концентрические кольцевые электроды и цен-
тральный круглый электрод, а на нижней грани прозрачный сплошной электрод, электри-
чески связанный с центральным круглым электродом, устройство управления оптическим
элементом выполнено в виде источника питания и делителя напряжения, электрически
связанных с электродами оптического элемента, поглощающая среда выполнена в виде
магнитоактивных слоев из феррит-граната.
Кроме того, плоскопараллельная кристаллическая пластина выполнена из кристалли-
ческого материала, обладающего линейным электрооптическим эффектом Поккельса, на-
пример ниобата лития.
Кроме того, поглощающая среда из феррит-граната выполнена в виде одномерного
магнитофотонного кристалла микрорезонаторной структуры с модифицированным магни-
тоактивным слоем.
Кроме того, источник лазерного излучения выполнен в виде непрерывного полупро-
водникового лазера, CO2-лазера, волоконного или диодного лазера.
Сущность заявляемого устройства управляемой термооптической генерации акустиче-
ской волны заключается в следующем.
Выполнение оптического элемента для формирования светового пучка с заданным
бесселевым профилем распределения интенсивности в виде плоскопараллельной кристал-
лической пластины, содержащей на верхней грани концентрические кольцевые электроды
и центральный круглый электрод, а на нижней грани прозрачный сплошной электрод,
электрически связанный с центральным круглым электродом, увеличивает быстродейст-
вие системы.
Выполнение устройства управления оптическим элементом в виде источника питания
и делителя напряжения обеспечивает автоматическую перестройку оптического элемента
и тем самым повышает производительность.
Выполнение поглощающей среды в виде магнитоактивных слоев из феррит-граната
увеличивает поглощающую способность и тем самым повышает производительность и
функциональные возможности.
Выполнение плоскопараллельной кристаллической пластины из кристаллического ма-
териала, обладающего линейным электрооптическим эффектом Поккельса, например нио-
бата лития, увеличивает быстродействие и тем самым повышает производительность
устройства.
Выполнение поглощающей среды из феррит-граната в виде одномерного магнитофо-
тонного кристалла микрорезонаторной структуры с модифицированным магнитоактив-

4. BY 10757 U 2015.08.30
4
ным слоем обеспечивает повышенную поглощающую способность и тем самым повышает
производительность и функциональные возможности устройства.
Выполнение источника лазерного излучения в виде непрерывного полупроводниково-
го лазера, CO2-лазера, волоконного или диодного лазера обеспечивает эффективное воз-
действие на магнитоактивные слои из феррит-граната.
Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно
отличается от прототипа следующими существенными признаками:
оптический элемент для формирования светового пучка выполнен в виде плоскопа-
раллельной кристаллической пластины, содержащей на верхней грани концентрические
кольцевые электроды и центральный круглый электрод, а на нижней грани прозрачный
сплошной электрод, электрически связанный с центральным круглым электродом,
устройство управления оптическим элементом выполнено в виде непрерывного ис-
точника питания и делителя напряжения, электрически связанных с электродами оптиче-
ского элемента,
поглощающая среда выполнена в виде магнитоактивных слоев из феррит-граната.
Перечисленные существенные отличительные признаки для специалиста явным обра-
зом не следуют из уровня техники.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,
характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемо-
го устройства управляемой термооптической генерации акустической волны, отсутствуют.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
Полезная модель поясняется фигурой, на которой изображен общий вид устройства
управляемой термооптической генерации акустических волн.
Устройство управляемой термооптической генерации акустической волны содержит
источник 1 лазерного излучения, модулятор 2 интенсивности лазерного излучения, опти-
ческий элемент 3 для формирования светового пучка с заданным бесселевым профилем
распределения интенсивности, устройство управления 4 оптическим элементом 3, систему 5
для генерации акустического сигнала, состоящую из прозрачного демфера 6 и поглощаю-
щей среды 7.
Система 5 для генерации акустического сигнала помещена внутри катушки 8, соз-
дающей магнитное поле.
Оптический элемент 3 для формирования светового пучка с заданным бесселевым
профилем распределения интенсивности выполнен в виде плоскопараллельной кристал-
лической пластины 9, содержащей на верхней грани концентрические кольцевые электро-
ды 10 и центральный круглый электрод 11, а на нижней грани прозрачный сплошной
электрод 12, электрически связанный с центральным круглым электродом 11.
Устройство управления 4 оптическим элементом 3 выполнено в виде источника пита-
ния 13 и делителя напряжения 14, электрически связанных с электродами 10-12.
Плоскопараллельная кристаллическая пластина 9 выполнена из кристаллического ма-
териала, обладающего линейным электрооптическим эффектом Поккельса, например нио-
бата лития.
Поглощающая среда 7 выполнена в виде магнитоактивных слоев из феррит-граната.
Поглощающая среда 7 из феррит-граната может быть выполнена в виде одномерного маг-
нитофотонного кристалла микрорезонаторной структуры с модифицированным магнито-
активным слоем.
Источник 1 лазерного излучения выполнен в виде непрерывного полупроводникового
лазера, CO2-лазера, волоконного или диодного лазера. На фигуре обозначены - лазерный
пучок 15, бесселевый световой пучок 16, акустическая волна 17.
Устройство работает следующим образом.
Источник 1 направляет лазерное излучение на модулятор 2 с регулируемой частотой
модуляции интенсивности светового пучка 15 в заданных пределах.

5. BY 10757 U 2015.08.30
5
Далее модулированный световой пучок 15 с гауссовым профилем распределения
амплитуды проходит через оптический элемент 3, изготовленный из кристаллического
материала, обладающего линейным электрооптическим эффектом Поккельса, например
ниобата лития, электроды 10-12, создающие в оптическом элементе 3 эффект конической
линзы, и преобразуется в бесселевый световой пучок 16.
Сформированный бесселевый световой пучок 16 взаимодействует с системой 5 для
генерации акустического сигнала, в которой посредством поглощающей среды 7, выпол-
ненной в виде магнитоактивных слоев из феррит-граната, происходит термооптическое
преобразование бесселевого светового пучка 16 в акустическую волну 17, при этом дем-
фер 6 устраняет паразитные колебания. Возникшая в поглощающей среде 7 акустическая
волна 17, представляющая собой суперпозицию бесселевой ультразвуковой волны с попе-
речной компонентой волнового вектора qa = 2qc и осевой плоской ультразвуковой волны,
формирует управляемый акустический сигнал, который может быть использован в прибо-
рах для неразрушающего оптико-акустического контроля материалов и изделий, дефекто-
скопии, медицинской диагностики.
Применение предлагаемого устройства позволяет осуществлять управляемую термо-
оптическую генерацию акустических волн в автоматическом режиме, значительно повы-
сить производительность и функциональные возможности при проведении неразруша-
ющего оптико-акустического контроля материалов и изделий, дефектоскопии, медицинской
диагностике.
Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным спосо-
бом с использованием существующей технологии производства.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспо-
собности "промышленная применимость".
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.