《声光调制》PPT课件

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1、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

2、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

3、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-opticalModulate)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LaserinLaserout声光体调制器的组成(2)

4、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

5、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

6、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。tPsId(fm)fm(Is)0PS1/2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

7、强度Is单调地增加(呈线性关系)；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。二.调制带宽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重要指标，它受布喇格带宽的限制。对于给定入射角和波长的光波，只有一个确定的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，在一个