声光调制器ppt课件.ppt

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1、光电子技术学课件之九：——光束的调制和扫描（2）声光调制、磁光调制和直接调制制作者：赣南师范学院物理与电子信息学院：王形华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2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

2、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。3各级衍射的方位角为（最大值的位置）：各级衍射光的强度为：4衍射效率为：5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。6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，

3、也可以达到改变一级衍射光的强度。73.3声光调制一.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。81、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9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

4、理如图2所示。10tPsId(fm)fm(Is)0图3声光调制特性曲线布喇格声光调制特性曲线与电光强度调制相似，如图3所示。由图可以看出：衍射效率s与超声功率Ps是非线性调制曲线形式，为了使调制波不发生畸变，则需要加超声偏置，使其工作在线性较好的区域。11式中的因子是考虑了布喇格角对声光作用的影响。由此可见，若对声强加以调制，衍射光强也就受到了调制。布喇格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。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(近似呈线性关系)：12二.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

5、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，在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。13允许的声频带宽与布喇格角的可能变化量之间的关系为：14设入射光束的发散角为i，声波束的发散角为，对于衍射受限制的波束，这些波束发散角与波长和束宽的关系分别近似为w0：入射光束束腰半径；n：为介质的折射率；D：声束宽度。15调制带宽16由上述可知：声光调制器的带宽与声波穿国光束的度越时间（w0/v0）成反比，即与光束的直径

6、成反比。用宽度小的光束可以得到较大的带宽。但光束发散角不能太大，否则，0级和1级衍射会有部分重叠，降低调制的效果。17即最大的调制带宽近似等于声频率fs的一半。因此，大的调制带宽要采用高频布喇格衍射才能得到。18三.声光调制器的衍射效率声光调制器的另一重要参量是衍射效率。，要得到100％的调制所需要的声强度为所需的声功率19可见，声光材料的品质因数M2越大，欲获得100%的衍射效率所需要的声功率越小。而且电声换能器的截面应做得长（L大）而窄（H小）。f0：声中心频率，为表征声光材料的调制带宽特性的品质因数。M1值越大，声光材料制成的调制器所允许的调制带宽越大。

7、20四.声束和光束的匹配为了充分利用声能和光能，认为声光调制器比较合理的情况是工作于声束和光束的发散角比，对于声光调制器，为了提高衍射光的消光比，希望衍射光尽量与0级光分开，要求衍射光中心和0级光中心之间的夹角大于，即大于。由于衍射光和0级光之间的夹角（即偏转角）等于21可分离条件为:d0：为高斯光束腰部直径，τ为声束穿越光束的度越时间。22五.声束和光束的匹配声光布喇格衍射型波导调制器结构示意图如图4所示。相对于声波波前以B入射的波导光波穿过输出棱镜时，得到与入射光束成2B角的1级衍射光。其光强为：在电场作用下导波光通过长度为L距离的相位延迟；B是一

8、比例系数，它取决于波导的有效折射率ne