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激光技术-第二讲 第三节 声光调制 一、声光效应 定义：当光在建立起超声场的介质中传播时，由于光弹效应，光被介质中的超声波衍射或散射的现象。 产生声光效应的条件： 1) 在介质中必须存在超声场。 2) 光弹效应：当介质中有超声波传播时，由于超声波是 弹性波，在介质中就产生了随时间和空间周期变化的弹性应变，因而介质中各点的折射率就会随着该点上的弹性应变而发生相应的改变。折射率的改变影响了光的传播特性。 超声波-弹性波-弹性应力-弹性应变--光的传播特性变化 二、超声波的传播形式 1.行波：沿x方向传播 深色部分：压缩，密度增大，n增大 浅色部分：拉伸，密度减小，n减小 2.驻波：由传播方向相反的两束声波叠加而成 1.拉曼－纳斯衍射 条件：(1)超声波频率比较低。(2)光线平行于声波面入射和声波传播方向垂直入射。(3)声光互作用长度L较短 声速比光速小的多,声波场的介质厚度L比较小，相当于一个平面相位光栅。超声波的频率比较低，光栅间距大。当平行光通过光栅时，产生多级衍射 超声波为沿x方向传播、宽度为L的平面纵波，光沿y方向传播。行波折射率变化： 把声行波近似视为不随时间变化的超声场，折射率变化可简化为 根据欧拉公式和贝塞尔函数，积分得到： b.第m级衍射光强大小为 简化条件：把声波看成许多相距为?S的镜面。这些镜面部分反射，部分透射。 在光通过介质的时间内，可以近似认为声波波面是静止的。 分两种情况讨论 a.光线入射到同一镜面的反射情况。 两束光的干涉情况 设 BC＝x, AC－BD是两衍射光的光程差, x值并不是固定的，即当x是任意值时，上式都应成立 只有 则 －入射角和衍射角相等。 b.光线入射在任意两个声波相位波面上 入射光入射到两个不同的镜面上产生衍射。其两束光的光程差EF＋EG为光波波长的整数倍 即 （1）电—声换能器：是把电能转变为超声波的装置。 原理：利用一些晶体（石英、LiNbO3等）或者压电半导体（CdS：ZnO）的逆压电反应。 一、磁光效应： 包括法拉弟旋转效应、克尔效应和磁双折射效应，其中最主要的是法拉弟旋转效应。 利用有些晶体材料（如YIG钇铁石榴石）等在外加磁场作用下，可使通过它的线偏光的偏振面发生旋转，旋转的角度与沿光束方向的磁场强度H及晶体的通光长度成正比。 式中 —磁光系数，也称韦尔代常数， —晶体的通光长度， ——磁场强度。 数字调制必须对信号进行抽样，量化“编码”变成矩形脉冲。 目前数字通信发展很快，因为：①它比模拟调制抗干扰能力强；②对数字光通信设备的线性要求不高，可充分利用LD的输出功率；③数字通信设备便于和脉冲编码调制（PCM）电话、PCM数字彩色电视、电子计算机终端相连接，从而组成既能传输电话、彩色电视，又能传输计算机数据的多媒体综合通信系统。 4.5.2 半导体发光二极管（LED）的调制特性 LED不是阈值器件。 优点：其P-I特性曲线的线性比较好。 缺点：调制速率低（只能达到100Mb/s） 新应用：LED智能照明 在实际应用中，应综合考虑线性度和调制信号幅度，合理选择m值。 光源器件本身的线性特性是决定模拟调制好坏的主要因素，在线性度要求较高的应用中，应进行非线性补偿。 4.5.3 半导体光源的模拟调制 使用LD或LED做光源，都需要施加偏置电流，使其工作点处于P-I曲线的直线段。调制线性好坏与调制深度m有关： 4.5.4 半导体光源的数字调制 * * 直接调制 声光调制 第四章 激光调制与偏转技术 磁光调制 4.3.1 声光调制的物理基础 介质折射率的增大和减小交替变化，并以声速vs向前推进。 对于光波而言，“声光栅”可认为静止 声波方程（质点的瞬时位移） 介质折射率的变化 行波时的介质折射率 弹光系数 应变 参考：徐阶平，声光器件的原理、设计和应用，科学出版社，1982 声柱波方程（质点的瞬时位移） 介质折射率的变化 4.3.2 声光互作用的两种类型 按照超声波的频率以及声光互相作用的长度不同，声光互作用分成两种类型，拉曼－纳斯衍射和布拉格衍射。 在声光介质的前表面y=-L/2处，入射光波为： 在y=L/2处，等相位面为n(x)决定的折皱曲面，出射光波为： 出射的光受到相位调制，调制结果是光产生多级衍射光，根据菲涅耳-基尔霍夫积分公式则在很远的屏上某点p给出的光振幅为： 式中:q—光束的宽度，exp(-ikir)—表示光传到p点相位的变化，r ? y。 略去对时间的依赖关系，对坐标x积分 略去常数项C 式中:r0—超声介质中心到p点的距离，? —r0和y轴