Акустооптическая модуляция

Пример коллинеарная акустооптическая модуляция. Рассмотрим акустооптическое взаимодействие, диаграмма которого изображена на рис. 10.3, б, когда падающий и дифрагированный пучки распространяются коллинеарно вдоль оси у. Падающий световой пучок представляет собой необыкновенную волну, поляризованную вдоль [c.408]

Рис. 5.30. а—схема устройства лазера, в котором модуляция добротности осуществляется с помощью акустооптического модулятора б —падающий, прошедший и дифрагированный пучки в акустооптическом модуляторе [c.290]

В случае синхронизации мод при непрерывной накачке выходной пучок состоит из непрерывного цуга импульсов, в котором интервал между двумя соседними импульсами равен времени полного прохода резонатора 2L/ (см. рис. 5,46,6). Активная синхронизация осуществляется, как правило, либо модулятором на ячейке Поккельса, либо акустическим модулятором, что более общепринято, поскольку потери, вносимые этим модулятором в резонатор, меньше, Акустооптический модулятор, используемый для синхронизации мод, отличается от того, который применяется при модуляции добротности (см, рис, 5,30), поскольку грань, к которой прикреплен преобразователь, и противоположная грань оптического блока вырезаны параллельно друг другу. Звуковая волна, возбуждаемая преобразователем, теперь отражается назад противоположной гранью блока. Если длина оптического блока равна целому числу полуволн звуковой волны, то возникают звуковые стоячие волны, В этих условиях, если частота звуковой волны равна и, дифракционные потери будут промодулированы с частотой 2(о. Действительно, дифракционные потери достигают максимума в те моменты времени, когда имеет место максимум амплитуды стоячей волны. [c.321]

Это выражение в точности совпадает с коэффициентом отражения брэгговского отражателя [см. (6.6.10)]. Характеристики акустического взаимодействия с противоположно направленными волнами аналогичны характеристикам брэгговского отражателя, за исключением того, что модуляция показателя преломления, создаваемая звуковой волной, перемещается в пространстве. Поскольку скорость звука пренебрежимо мала по сравнению со скоростью света, периодическое возмущение, вызванное звуковой волной, является, по существу, стационарным. Следовательно, все результаты, полученные в разд. 6.6 для брэгговских отражателей, можно использовать для описания акустооптического взаимодействия противоположно направленных волн. [c.379]

В гл. 9 было показано, что при взаимодействии световых пучков со звуковой волной в фотоупругой среде возникает много интересных явлений. Эти явления (например, брэгговская дифракция) могут быть использованы при создании модуляторов света, дефлекторов пучков, перестраиваемых фильтров, анализаторов спектра и устройств обработки сигналов. Использование акустооптического взаимодействия позволяет модулировать лазерное излучение или обрабатывать с высокой скоростью информацию, переносимую излучением, поскольку при этом отпадает необходимость в использовании каких-либо механических перемещающихся элементов. Это свойство аналогично электрооптической модуляции с той лишь разницей, что при акустооптическом взаимодействии вместо постоянных полей применяются ВЧ-поля. Последние достижения в применениях акустооптических устройств обусловлены главным образом наличием лазеров, которые генерируют интенсивные когерентные световые пучки, развитием эффективных широкополосных преобразователей, генерирующих упругие волны с частотами вплоть до микроволновых, а также открытием веществ, обладающих замечательными упругими и оптическими свойствами. В данной главе мы изучим различные устройства, основанные на брэгговской дифракции. Будут рассмотрены их характеристики пропускания, эффективность дифракции, рабочая полоса частот и другие параметры. [c.393]

Модулированная звуковая волна обычно характеризуется центральной частотой /о и полосой Д/ (т. е. полосой модуляции). Полоса Д/, достижимая в акустооптических модуляторах, определяется главным образом, как мы увидим ниже, угловой расходимостью светового пучка. Для бесконечно широких звуковых и световых пучков волновые векторы имеют хорошо определенные направления. Поэтому для данного угла падения и соответствующего ему угла дифракции условие брэгговской дифракции (10.1.3) может быть выполнено на одной акустической частоте (нулевая полоса модуляции, Д/ = 0). На практике приходится иметь дело с ограниченными звуковыми и световыми пучками, что приводит к конечной угловой расходимости пучка. Конечное угловое распределение волновых векторов позволяет получать брэгговскую дифракцию в некотором диапазоне акустических частот (конечная полоса модуляции). Дифференцируя выражение (10.1.3а), полосу модуляции можно записать в виде [c.396]

Другим важным параметром акустооптического модулятора является эффективность дифракции, т. е. доля интенсивности падающего света, которая подверглась дифракции. Из выражения (10.1.1) следует, что интенсивность звука необходимая для того, чтобы иметь 1009/о-ную модуляцию (т. е. полное преобразование падающего света в дифрагированный), записывается в виде [c.398]

Каждый из введенных выше параметров М , и играет определенную роль в работе модулирующего устройства. В случае низкой эффективности модуляции rj величина пропорциональна г]. Для учета полосы модуляции А/ следует использовать параметр Mj, который пропорционален величине 2г]/ А/. Значения параметров М , тл для некоторых материалов приведены в табл. 10.1. Эти параметры, хотя формально и выражаются через п, р, р и v, определяются конфигурацией взаимодействия и состояниями поляризации волн. Как будет показано в разд. 10.2, эти параметры можно использовать также для характеристики акустооптических дефлекторов пучка. [c.400]

Рис. 6.5. Диаграмма работы YAG Nd лазера с двойной модуляцией 1 — эффективность дифракции в акустооптическом модуляторе добротности, 2 — эффективность дифракции в синхронизаторе мод, 3 — огибающая цуга лазерного излучения [8]

Функция оптической части акустооптической системы состоит в том, чтобы с помощью оптического регистратора записать акустическую модуляцию объектного пучка. Система облучает объект акустической энергией и позволяет в дальнейшем этой модулированной акустической волне в свою очередь модулировать объектный пучок оптической голографической системы. Следовательно, если представляющая интерес акустическая модуляция может быть записана оптически, то должна быть разработана оптическая система записи и восстановления. Такая система имеет свои преимущества, которые рассматриваются в разд. 8.4.6. [c.328]

На рис. 7, а приведена схема акустооптического коррелятора с пространственным интегрированием. Чтобы описать его действие, мы здесь используем несколько иной метод анализа, поскольку акустооптическая ячейка осуществляет модуляцию проходящей через нее волны света по фазе. Принятый входной сигнал g t) подается на вход акустооптического модулятора, установленного в плоскости Pia. Промодулированная по фазе волна на выходе [c.573]

В качестве оптических затворов могут применяться различные системы. Очень быстрые затворы с электронным управлением могут быть реализованы, например, с помощью электро-оптических и акустооптических модуляторов, принцип действия которых обсуждается в п. 4.3.1 (более подробно см., например, [4]). Затвор может быть реализован и чисто механическим способом с помощью вращающихся зеркал или призм. В этом случае при обычных длинах резонатора частота вращения должна составлять несколько сотен герц. Наряду с модуляцией добротности с тем же эффектом может быть использована модуляция усиления. Последний способ особенно пригоден для полупроводниковых лазеров. Вследствие модуляции тока инжекции созданное электрическим способом усиление претерпевает при этом быстрые временные изменения (см. разд. 7.4). [c.90]

Активные методы основаны на внешнем воздействии на свойства резонатора, например, модуляции его потерь или оптической длины с частотой со (рис. 19.11 / — пьезопреобразователи). В случае на рис. 19.11, а модуляция потерь производится акустооптическим, а на рис. 19.11,6— пьезоэлектрическим изменением базы резонатора. При этом для фазировки мод частота внешнего воздействия должна совпадать с разностью частот между модами, т. е. [c.190]

По характеру действия оптические затворы условно можно разделить на две большие группы — затворы, основанные на модуляции интенсивности, поляризации и других параметров излучения без изменения направления его распространения, и дефлекторы,, изменяющие это направление. По физическому принципу действия затворы подразделяются на несколько типов оптико-механические, электрооптические, акустооптические и некоторые другие. [c.210]

Эта трудность уже преодолена в оптическом диапазоне несколькими методами а) путём использования техники штарковских импульсов [183] б) путём применения техники внутрирезонаторной частотной модуляции [184] в) за счёт использования акустооптического модулятора [185]. Важным элементом оптических схем всех этих методов является узкополосный непрерывный лазер, позволяющий осуществлять селективное возбуждение широких неоднородно-уширенных спектральных линий [186]. Поскольку в эксперименте по фотонному- [c.173]

В большинстве одномерных модуляторов применяются дифракционные решетки с модулированным профилем, т.е. каждый бит переносится на несущей частоте. Следовательно, согласно эмпирическому правилу, несущая частота должна быть и 4 раза выше, чем тактовая частота. Число цифр, которое может быть размещено в дифракционном модуляторе, эквивалентно тактовой частоте, умноженной на быстродействие ячейки, нли тf/4, где т — быстродействие ячейки, а f — частота модуляции. Это эквивалентно утверждению, что каждый бит четыре раза представлен несущей частотой. Акустооптические модуляторы обычно имеют произведение т/, достигающее 2000, так что акустооптические модуляторы могут содержать в себе одновременно до 500 цифр. Важно согласовать тактовую частоту с частотой, на которой работает сам модулятор. Если используется тактовая частота в 10 МГц, и для 1-ГГц ячейки гf=2000, тогда в ячейке будут содержаться только 20 цифр. [c.213]

Лазер на YAG с непрерывной накачкой может быть использован и в комбинированном режиме с одновременной модуляцией добротности и активной синхронизацией мод. Обычно для модуляции добротности используется акустооптический модулятор с бегущей волной, а для синхронизации — такой же модулятор, но со стоячей звуковой волной. В этом случае выход лазера состоит из цугов, содержащих около 30 пикосекундных импульсов, следующих друг за другом с частотой работы модулятора добротности (обычно 1—10 кГц) сами же пикосекундные импульсы имеют повышенную мощность (примерно до 1 МВт). [c.48]

Для реализации рассматриваемого режима генерации помещают в резонатор лазера модулятор переключатель потерь), управляемый внешним сигналом. Под воздействием сигнала модулятор быстро изменяет уровень вредных потерь в резонаторе (переходит из состояния, соответствующего высоким потерям, в состояние, соответствующее низким потерям, и обратно). Поскольку такие переходы совершаются в результате воздействия извне, данный режим модуляции добротности резонатора называют активной модуляцией. Применяются различные типы модуляторов. Первоначально появились оптико-механические модуляторы, затем стали использоваться электрооптические, а позднее — акустооптические модуляторы [25—28]. [c.271]

Пример некоппинеарная акустооптическая модуляция в одноосных КРИСТАЛЛАХ. Рассмотрим акустооптическое взаимодействие в одноосном кристалле (например, в LiNbOj), в котором плоскость рассеяния перпендикулярна с-оси. Конфигурация взаимодействия изображена на рис. 10.3, а. Предположим, что одноосный кристалл является отрицательным < Поскольку падающий свет линейно поляризован вдоль с-оси, он распространяется в необыкновенной моде кристалла с фазовой скоростью с/п . Дифрагированный свет предполагается линейно поляризованным в плоскости рассеяния (плоскости ху) и представляет собой обыкновенную моду кристалла с фазовой скоростью с/п . Углы падения и дифракции определяются выражениями (9.4.5) и (9.4.6), и их зависимость от Х/Л = = f/v представлена на рис. 9.5. Из рис. 9.6 можно видеть, что угол дифракции в в широком диапазоне звуковых частот остается почти постоянным, в то время как угол падения изменяется вблизи в = 0. Действительно, из выражений (9.4.5) и (9.4.6) следует, что Скорость изменения дифракционного угла О с Х/Л при в = О обра- [c.407]

В лазерах ЛТИ-701, ЛТИ-702 (рис. 4.5, 4.6) происходит внутри-резонаторное преобразование во вторую гармонику излучения лазера, работающего в режиме акустооптической модуляции добротности резонатора с длиной волны 1,06 мкм. В качестве прео бразова-теля частоты используется кристалл иодата лития (ЫЮз), не требующий термостатирования, достаточно эффективный и относительно стойкий к лазерному излучению. При модуляции добротности мощность лазерного излучения внутри резонатора велика, поэтому специальных мер для его фокусировки в нелинейный элемент не требуется. Преобразователь частоты МЧ-104 включает в себя специальное выходное зеркало ( глухое на основной длине волны и пропускающее на длине ъолны гармоники), элемент из иодата лития размером 10x10x10 мм и оптический фильтр. Как [c.97]

Акустооптическая модуляция добротности. В основе действия акустооптического затвора лежит явление дифракции света на ультразвуковой волне. Предположим, что в некоторой среде (твердой или жидкой) распространяется плоская ультразвуковая юлна, возбуждаемая пьезопреобразователем при этом в среде возникают механические напряжения, связанные с локальными сжатиями и разрежениями. Через фотоупругий эффект эти напряжения воздействуют на показатель преломления среды. В результате в среде образуются различающиеся показателем преломления периодические слои (пространственный период равен длине звуковой волны Л), перемещающиеся по среде со скоростью звука. При прохождении световой волны через такую среду будет иметь место дифракция на пространственной периодической структуре, связанной с периодически изменяющимся показателем преломления. [c.330]

Акустооптика изучает взаимодействие оптических волн с акустическими в различных веществах. Возможность такого взаимодействия впервые предсказал Бриллюэн в 1922 г., а затем ее экспериментально проверили в 1932 г. Дебай и Сиарс в США и Люка и Бигар во Франции. При взаимодействии света со звуковыми волнами наиболее интересное явление представляет собой дифракция света на акустических возмущениях среды. При распространении звука в среде возникает соответствующее поле напряжений. Эти напряжения приводят к изменению показателя преломления. Такое явление называется фотоупругим эффектом. Поле напряжений для плоской акустической волны является периодической функцией координат. Поскольку показатель преломления среды претерпевает периодическое возмущение, возникает явление брэгговской связи, как показано в гл. 6. Акустооптическое взаимодействие является удобным способом анализа звуковых полей в твердых телах и управления лазерным излучением. Модуляция света при акустооптическом взаимодействии находит многочисленные применения, в том числе в модуляторах света, дефлекторах, устройствах обработки сигналов, перестраиваемых фильтрах и анализаторах спектра. Некоторые из этих устройств мы рассмотрим в следующей главе. [c.343]

Акустооптическое взаимодействие можно использовать для создания различных модуляторов света. При этом можно реализовать как амплитудные модуляторы, так и преобразователи частоты. Такие модуляторы могут работать либо в режиме дифракции Рамана — Ната, либо в режиме брэгговской дифракции. Первый акусто-оптический модулятор [1, 2] работал в режиме Рамана — Ната на частотах ниже 10 МГц. Принцип действия такого модулятора иллюстрирует рис. 10.1. В соответствии с полученными в гл. 9 результатами амплитуда дифрагированной волны в первом порядке пропорциональна 7j (кЛпЬ), где кЛпЬ — индекс модуляции, кото- [c.393]

Выше при выводе выражения для полосы модуляции предполагалось, что волновые векторы падающей и дифрагированной световых волн равны друг другу. Для двулучепреломляющих материалов выполнение этого условия не обязательно. Как было показано в гл. 9, условие Брэгга для акустооптического взаимодействия в анизотропных средах изменяется, если падающий и дифрагированный световые пучки имеют разные фазовые скорости. Полоса мо- [c.400]

Сравнивая этот результат с (10.1.8), получаем, что двулучепрелом-ляющие акустооптические модуляторы в случае неколлинеарной конфигурации взаимодействия не дают увеличения полосы модуляции. Однако требование, накладываемое на угловую расходимость акустического пучка (8ф 8в), в этом случае выполнить легче, что позволяет увеличить длину взаимодействия без уменьшения полосы модуляции и приводит к более высокой эффективности дифракции Г]. Приведенная на рис. 10.3, а конфигурация взаимодействия часто используется при создании акустооптических дефлекторов пучка, в которых звуковой волновой вектор тангенциален поверхности нормалей дифрагированной моды (см. разд. 10.2). [c.408]

Для питания ламп накачки лазеров (за исключением ЛТН-103) применен стабилизированный источник с регулиров кой тока в интервале 10—40 А и номинальной выходной мощностью 5 кВт. Источник Питания и система охлаждения размещены в отдельной стойке, в которую (для лазеров серии ЛТИ) помещен тя кже источник питания акустоо Птического затвора. Система охлаждения УО-1 двухконтурного типа. В контуре, подключенном -к излучателю, циркулирует дистиллированная 1вода с расходом 20 л/мин. Второй контур теплообменника подключен к линии водоснабжения технической воды. Источник питания акустооптического затвора на рабочей частоте 50 МГц обеспечивает мощность 30 Вт на нагрузке 50 Ом. Модуляция высокочастотной мощности осуществляется импульсами прямоугольной формы от внутреннего (генератора в диапазоне частот 5—50 кГц или от внешнего генератора — в диапазоне О—50 кГц. [c.102]

Сообщалось о различных модификациях описанной схемы коррелятора, в которых используется много эталонных масок, комбинации цилиндрических и сферических линз, единственная акустическая ячейка с двумя преобразователями, а также об акустооп-тических корреляторах с зеркальной оптикой и акустооптических корреляторах для импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией, способных сжиматься во времени. Эталонный сигнал можно сделать не фиксированным, а изменяющимся, если использовать в плоскости Рц, вторую акустооптическую ячейку с обращенным во времени эталонным сигналом, вводимым в ее нижнюю часть. [c.574]

Опорный сигнал h t) также складывается электрически с уровнем смещения и используется для модуляции по амплитуде несущей частоты сигнала, поступающего на вход акустооптической ячейки, установленной в плоскости Рь Плоскость Р, с помощью линз Li и La отображается на плоскость Рз, а установленная в плоскости Рз щель Шлирена пропускает на выход только пучок первого порядка, благодаря чему интенсивность, регистрируемая линейкой < то-детекторов, установленной в плоскости Рд, дается выражением [c.575]

Каждый из двух акустооптических модуляторов представлял собой германиевый звукопровод, возбуждаемый преобразователем из ниобата лития. Центральная частота сигналов генераторов была выбрана равной 40 МГц, а амплитуда частотной модуляции составляла 15 МГц. Время переключения модуляторов и их дифракционная эффективность составляли соответственно 1 мкс и 16...25%. Между модуляторами был помещ,ен один из двух вращ,ателей плоскости поляризации 9 (см. рис. 7.14). Этим обеспечивался наивыгоднейший режим акустооптического взаимодействия во втором модуляторе, повернутом на 90° относительно первого. [c.262]

Акустооптические устройства могут служить и модулятором и дефлектором. В первом случае управляют мощностью звука, а во втором — его частотой. Время переключения света акустооптиче-ским модулятором или дефлектором равно вре.мени прохождения звука поперек диаметра светового пучка dlv . Из этого простейшего выражения следует, что для повышения быстродействия необходимо уменьшить диаметр пучка. Например, для = 1 мм и u3 =610 m/ (плавленый кварц) величина / 150 нс. Максимальная частота модуляции (AQgJ a примерно равна половине звуковой частоты, т. е. (Айз ) з 0,503 . Как и раньше, определим быстродействие дефлектора как отношение времени переключения к числу разреши.мых элементов. Для дифракционной расходимости пучка справедливо следующее соотношение [c.216]

Активная синхронизация мод. Активная синхронизация 40д является принудительной , т.е. навязанной внешним источником, и достигается путем модуляции потерь (или усиления, или оптической длины) лазера на частоте Аи=с12Ь межмодовых биений. Чаше всего для этих целей используются акустооптические модуляторы со стоячей ультразвуковой волной. [c.43]

Третья глава начинается с обзора различных режимов генерации лазера, включая режимы активной и пассивной модуляции добротности резонатора, синхронизации продольных и поперечных мод, модуляции нагрузки. Вводятся, анализируются и широко используются балансные уравнения (уравнения Статца— Де Марса и их модификации). На основе этих уравнений излагаются различные вопросы динамики одномодовых лазеров переходные процессы, приводящие к затухающим пульсациям мощности излучения, появление незатухающих пульсаций мощности при наличии слабой модуляции потерь, генерация гигантских импульсов при мгновенном включении добротности. Сопоставляются электрооптический и акустоопти-ческнй способы активной модуляции добротности. Подробно анализируются процессы в лазерах с просветляющимися фильтрами. Синхронизация продольных мод обсуждается с использованием как спектрального, так и временного подходов. При рассмотрении самосинхронизации мод в лазере с просветляющимся фильтром применяется временное описание на основе флуктуационных представлений. Временной подход используется также для описания акустооптической синхронизации мод в лазере с однородно уширенной линией усиления. Отдельно обсуждаются методы исследования сверхкоротких световых импульсов. [c.5]

Для генерации импульсов в непрерывно накачиваемых лазерах первоначально использовалась активная модуляция добротности резонатора. Сначала был применен оптико-механический модулятор в виде вращающегося зеркала [60]. Однако такой метод модуляции оказался малоин-тересньш при непрерывной накачке из-за плохой стабильности амплитуды от импульса к импульсу (что связано с плохой воспроизводимостью положения отражающей плоскости вращающегося зеркала). Широкое признание получили появившиеся позднее акустооптические модуляторы. Они позволили достичь предельно высоких частот следова-ния импульсов / 50 кГц [59]. [c.282]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...