激光调制与偏转技术.ppt

图1.3-12 声光调制特性曲线 Ps1/2 fm(Is) Id(fm) 布拉格声光调制特性曲线与电光强度调制相似，如图1.3—12所示。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。 对于拉曼—纳斯型衍射，工作声频率低于10MHz，图1.3—13(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，根据前面判据(1.3—38)式 图1.3-13 声光调制特性曲线 (a) 拉曼-纳斯型， (b) 布拉格型 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。 # 对于布拉格型衍射，其衍射效率由前面的(1.3—58)式给出。布拉格型声光调制器工作原理如图1.3—13(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)； 图1.3-13 声光调制特性曲线 (a) 拉曼-纳斯型， (b) 布拉格型 式中的cosθB因子是考虑了布拉格角对声光作用的影响。由式可见，若对声强加以调制，衍射光强也就受到调制了。布拉格衍射必须使入射光束以布拉格角θB入射，同时在相对于声波阵面对称方向接收衍射光束时，才能得到满意的结果。布拉格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。 调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否无畸变地传输信息的一个技术指标，它受到布拉格带宽的限制。对于布拉格型声光调制器而言．在理想的平面光波和声波情况下，波矢量是确定的，因此对一给定入射角和波长的光波，只能有一个确定频率和波矢的声波才能满足布拉格条件。当采用有限的发散光束和声波场时，波束的有限角将会扩展，因此，只允许在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。根据布拉格衍射方程 (1.3-21)式，得到允许的声频带宽Δfs与布拉格角的可能变化量Δ θB之间的关系为 sin ?B＝ λ / (2 n λs ) = λf s / (2 n vs ) 3. 调制带宽 (1.3-60) 式中，Δ θB是由于光束和声束的发散所引起的入射角和衍射角的变化量，也就是布拉格角允许的变化量。 声光效应的另一个重要用途是用来使光束偏转。声光偏转器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于声光调制器是改变衍射光的强度，而声光偏转器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向，使之发生偏转，既可以使光束连续偏转，也可以是分离的光点扫描偏转。 四、声光偏转 从前面的声光布拉格衍射理论分析可知，光束以θi角入射介质产生衍射极值应满足布拉格条件： 1．声光偏转原理 布拉格角一般很小，可写为 （1.3-71) 由上式可以看出：改变超声波的频率fs，就可以改变其偏转角θ ，从而达到控制光束传播方向的目的。即超声频率改变Δfs引起光束偏转角(求导数）的变化为 这可用图1.3—16及声光波矢关系予以说明。设声波频率为fs时,声光衍射满足布拉格条件，则声光波矢因为闭合等腰三角形(AOB), (1.3-73) 故衍射光与入射光间的夹角(偏转角)等于布拉格角θB的2倍，即 (1.3-72) θi θ θi 因为θ和△ θ角都很小，因而可近似认为 △ θ= △ks / kd = λ △ fs /(n νs) (而不是书上的△ks / ks ) 所以偏转角与声频的改变成正比。 B 衍射极值沿着与超声波面成θd角的方向。若声波频率变为fs十△ fs时，则根据ks ＝2 π fs / νs的关系，声波波矢量将有△ks＝ 2 π △ fs /