Investigation of thermal effects in acusto-optical devices
Panel
Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent
Department of Electron Devices (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Barócsi, Attila Jakab, László Kerecsen Istvánné dr. Rencz, Márta Kollár, Erno Maák, Pál Andor Pohl, László Poppe, András Richter, Péter Ujhelyi, Ferenc
Starting date
2004-01-01
Closing date
2007-12-31
Funding (in million HUF)
5.665
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
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.
Results in English
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.
P. Maák, T. Takács, A. Barócsi, E. Kollár, P. Richter: Thermal behavior of acousto-optic devices: effects of ultrasound absorption and transducer losses, Ultrasonics (közlésre elküldve), 2007
P. Maák, T. Takács, A. Barócsi, E. Kollár, V. Szekely, P. Richter: Refractive Index Nonuniformities in Acousto-optic Devices due to Heat Production by Ultrasound, Opt. Comm. 226, 419-425, 2006
P. Maák: Acousto-optic devices for special applications, Inter-Academia for Young Researchers Workshop, Shizuoka,Japan, 2007
Rózsa B, Vizi E S, Katona G, Lukács A, Várallyay Z, Sághy A, Valenta L, Maák P, Fekete J, Bányász Á, Szipocs R: Real time 3D nonlinear microscopy for neurology, Technical Digest of Biomedical Optics Conference (Optical Society of America, Washington), ISBN 1-55752-807-1, paper TUI67 Japan, 2006
P. Maák, T. Takács, A. Barócsi, E. Kollár, P. Richter: Ultrasound propagation modeling in anisotropic acousto-optic crystals, World Congress on Ultrasonics, Beijing, China, MoCpm1-06, 2005
