3.3 声光调制.pptVIP

UP DOWN BACK * 共29页 * * 复习相关知识 声波在介质中传播时，使介质产生弹性形变，引起介质的密度呈疏密相间的交替分布，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。这如同一个光学“相位光栅”，光栅常数等于声波长?s。当光波通过此介质时，会产生光的衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。 声光晶体等价于一个相位光栅 拉曼-纳斯衍射 产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。 拉曼-纳斯衍射的特点 ：由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光。 各级衍射的方位角为（最大值的位置） ： 各级衍射光的强度为： 衍射效率为： 布喇格衍射 产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，介质具有“体光栅”的性质。 布喇格衍射的特点：衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或?1级）衍射光 。 衍射效率为： M2为声光材料的品质因数，Ps超声功率；H为换能器的宽度，L为换能器的长度。同样的改变超声功率，也可以达到改变一级衍射光的强度。 一. 声光调制器的工作原理 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。 调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电-声换能器上，电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。 3.3 声光调制(Acousto-optical Modulate) 声光体调制器是由声光介质、电—声换能器、吸声(或反射)装置及驱动电源等所组成。 (1)声光介质，声光介质是声光互作用的场所。当一束光通过变化的超声场时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，利用衍射光的强度随超声波强度的变化而变化的性质，就可以制成光强度调制器。 声光调制器结构 吸声装置 Laser in Laser out 声光体调制器的组成 (2)电—声换能器(又称超声发生器) (3)吸声(或反射)装置(放置在超声源的对面)。 (4)驱动电源 它用以产生调制电信号施加于电—声换能器的两端电极上，驱动声光调制器(换能器)工作。 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。 由前面分析可知，无论是拉曼—纳斯衍射，还是布拉格衍射，其衍射效率均与附加相位延迟因子ν＝2πΔnL／λ有关，而其中声致折射率差Δn正比于弹性应变幅值S，而S∝声功率Ps，故当声波场受到信号的调制使声波振幅随之变化，则衍射光强也将随之做相应的变化。 (1)、拉曼-纳斯型声光调制器 调制器的工作原理如图1(a) 所示，工作声源频率低于10MHz。只限于低频工作，带宽较小。 入射光 衍射光 调制信号 图1 拉曼-纳斯型声光调制器 对于拉曼—纳斯型衍射，工作声频率低于10MHz，图(a)示出了这种调制器的工作原理，其各级衍射光强比例于 。若取某一级衍射光作为输出，可利用光栏将其他级的衍射光遮挡，则从光栏孔出射的光束就是一个随ν变化的调制光。由于拉曼—纳斯型衍射效率低，光能利用率也低, 所确定的相互作用长度L小；当工作频率较高时，最大允许长度太小，要求的声功率很高，因此拉曼—纳斯型声光调制器只限于低频工作，只具有有限的带宽。 衍射光 调制信号 入射光 图2 声光调制器布喇格型 (2)、布喇格型声光调制器 布喇格型声光调制器工作原理如图2所示。 布拉格声光调制特性曲线与电光强度调制相似。由图可以看出：衍射效率η与超声功率Ps只是非线性调制曲线形式，为了使调制不发生畸变，则需加超声偏置（类似于电光调制中的偏压Vλ /4 =Vπ/2 ），使其工作在线性较好的区域。 ? t Ps Id(fm) fm(Is) 0 PS1/2 声光调制特性曲线 对于布拉格型衍射，其衍射效率由前面的式给出。布拉格型声光调制器工作原理如(b)所示。在声功率Ps (或声强Is )较小的情况下，衍射效率?s 随声强度Is单调地增加(呈线性关系)；