《声光调制》PPT课件

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。
(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。
若取 i
nw 0
, 则B
2 nw 0
调制带宽
(f
)m
1 2
I1 s Ii
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。
3.3 声光调制(Acousto-optical Modulate)
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。
入射光
衍射光 调制信号
图2 声光调制器布喇格型
Id(fm)
t
0
PS1/2
Ps
fm(Is)
声光调制特性曲线 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。
I1 s Ii
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：
s
I1 Ii
s
in
2
L 2
L H
M ห้องสมุดไป่ตู้ Ps
各级衍射的方位角为（最大值的位置） ：
s in m
m ks ki
m s
(m 0, 1, 2,)
各级衍射光的强度为：
Im
J
2 m
(v),
v
(n)ki L
2
nL
衍射效率为：
s
I1 Ii
sin
21 2
( 2
nL)
n 1 n3PS 2
P是声光晶体的弹光系数，S为声光晶体在声 场作用下的弹性应变幅值，与超声驱动功率 Ps 有关。改变Ps，一级衍射光的强度将改变， 可以实现对光强的调制。
允许的声频带宽与布喇格角的可能变化量之间的关系
为：
f s
2nvs
c os B
B
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
i
2 nw0
,
s
D
w0：入射光束束腰半径；n：为介质的折射率；D：声束宽度。
入射角覆盖范围 i (参见教材104页图3 16)
复习相关知识
声光晶体等价于一个相位光栅
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。
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)；
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
(2)电—声换能器(又称超声发生器)
Laser i n
Laser ou t
吸声装置
(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。
声光调制器结构
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。
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，在一个有限的声频范 围内才能产生布拉格衍射。
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。
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。
声光体调制器的组成
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。
(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
J
2 n
(
)
。若取某一级衍射光作为输出，可利用光栏将其