Акустооптическое взаимодействие

Рассмотрим теперь распространение плоской монохроматической световой волны в среде, в которой возбуждена звуковая волна и показатель преломления является периодически промодулированным. Как было показано в разд. 9.1 на конкретных примерах, звуковая волна вызывает изменение показателя преломления среды. При этом среда становится периодической с периодом, равным длине звуковой волны. Это периодическое возмущение изменяется как в пространстве, так и во времени. Если звук представляет собой бегущую волну, то периодическое возмущение перемещается со скоростью звука (ее типичное значение порядка нескольких тысяч метров в секунду). Поскольку скорость звука на пять порядков меньше скорости света (с = 3 - 10 м/с), периодическое возмущение, вызванное звуковой волной, можно считать стационарным. Задача при этом сводится к задаче о распространении электромагнитного излучения в периодической среде, рассмотренной нами в гл. 6. Для иллюстрации акустооптического взаимодействия рассмотрим в качестве примера распространение светового пучка в воде. Благодаря фотоупругому эффекту звуковая волна приводит к изменению показателя преломления. Пусть ось г совпадает с направлением распространения звуковой волны, а плоскость yz параллельна плоскости падения. Если световой пучок линейно поляризован в направлении х (ТЕ-мода), то, как мы показали в разд. 9.1.1 на конкретном примере, показатель преломления для этой моды записывается в виде [c.354]

Рассмотрим теперь акустооптическое взаимодействие, конфигурация которого изображена на рис. 9.7, б. Анализ распространения волны в этом случае относительно прост, поскольку среда однородна как в Х-, так и в -направлении. Граничное условие требует, чтобы в (9.5.5) а2 = a , а модовые амплитуды и А2 зависели только от Z. Таким образом, электрическое поле можно записать в виде [c.373]

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]

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]

Одним из наиболее важных применений акустооптического взаимодействия являются дефлекторы оптических пучков. Принцип работы акустооптических дефлекторов в основном такой же, как и у модуляторов, основанных на брэгговской дифракции. Единственное различие состоит в том, что теперь изменяется не амплитуда, а частота звуковой волны. Использование акустооптического взаимодействия позволяет создавать дефлекторы пучков с высоким разрешением. При этом могут быть созданы сканирующие дефлекторы как с произвольной выборкой, так и непрерывно действующие. Основной принцип действия таких устройств иллюстрирует рис. 10.4, а соответствующее объяснение можно дать с помощью рис. 10.5. Для многих приложений важными параметрами таких устройств являются число разрешимых элементов пучка, быстродействие и эффективность. [c.410]

На рис. 10.13 представлена диаграмма волновых векторов, описывающая коллинеарное акустооптическое взаимодействие, рассмотренное выше. Геометрические места концов оптических волновых векторов представляют собой концентрические окружности (в плоскости ху), причем в случае коллинеарного взаимодействия касательные к этим окружностям, отвечающие волновым векторам падающей и дифрагированной световых волн, параллельны друг дру- [c.424]

Изменение оптического рассеяния при электрическом возмущении Вращение плоскости поляризации с помощью магнитооптических эффектов Бегущие изменения фазы при акустооптическом взаимодействии (эффекты Дебая—Сирса и Брэгга) [c.434]

Некоторые применения акустооптических взаимодействий [c.354]

Об особенностях акустооптического взаимодействия в анизотропных крис-1ах см. 1551. [c.364]

Важной энергетической характеристикой акустооптического взаимодействия в волноводных структурах является удельная мощность, представляющая собой отношение величин акустической мощности Ра к ширине полосы частот преобразователя ДД При взаимодействии ПАВ с волноводной модой в режиме дифракции Брэгга данную величину можно представить в виде следующего эмпирического соотношения [7], мВт/МГц [c.150]

Активные диэлектрики 172 Акустооптические взаимодействия 149 Анализатор спектра 153 Аналого-цифровой преобразователь 153 Апертура числовая 22, 25, 96 Арсенид галлия 168 [c.238]

Теория акустооптического взаимодействия [c.5]

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]

Пример,- коллинеарное акустооптическое взаимодействие в кристалле LiNbOj. Рассмотрим случай, когда акустическая сдвиговая волна и падающий световой пучок распространяются параллельно оси у кристалла LiNbOj, вдоль которой имеет место акустооптическое взаимодействие. Пусть падающий световой пучок представляет собой необыкновенную волну, поляризованную вдоль оси z (оси с) кристалла, а дифрагированный пучок — обыкновенную волну, поляризованную вдоль оси X кристалла. Звуковая волна, необходимая для реализации такого брэгговского рассеяния, является сдвиговой волной, поляризованной вдоль оси X кристалла. Таким образом, амплитуду поля напряжений можно записать в виде [c.376]

Пример коллинеарное акустооптическое взаимодействие противоположно НАПРАВЛЕННЫХ ВОЛН В КРИСТАЛЛЕ LiNbOj. Рассмотрим брэгговское отражение света в кристалле LiNbOj. Геометрия задачи, состояния поляризации и направления распространения в точности такие же, как и в предыдущем примере, за исключением лишь того, что дифрагированная волна распространяется в обратном направлении. Для выполнения условия фазового синхронизма (условие Брэгга) Д(3 = О необходимо, чтобы [c.379]

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]

РИС. 10.3. Акустооптическое взаимодействие в одноосном кристалле, а — неколли-неарное взаимодействие б — коллинеарное взаимодействие. [c.407]

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]

При таком коллинеарном акустооптическом взаимодействии дифрагированный свет можно отделить от недифрагированного с помощью поляризатора. Предположим теперь, что падающий пучок имеет угловую расходимость АО. Для сохранения направления дифракции вдоль оси у звуковое волновое число должно изменяться в диапазоне ЛК, таком, чтобы выполнялось следующее равенство [c.409]

Выше при определении параметров акустооптических дефлекторов мы предполагали, что среда является изотропной. Используя дву-лучепреломляющие среды, можно существенно увеличить полосу, а значит, и число разрешимых элементов дефлектора. Рассмотрим изображенную на рис. 10.7 диаграмму акустооптического взаимодействия, в которой плоскость рассеяния (т. е. плоскость векторов кик ) перпендикулярна с-оси одноосного кристалла. Акустический пучок падает таким образом, что для центральной рабочей частоты /q волновой вектор к дифрагированной волны перпендикулярен звуковому волновому вектору Kq. Как мы показали в гл. 9 и в предыдущем разделе, условие Брэгга может выполняться в широком диапазоне частот без использования сильно расходящихся (или управляемых) акустических пучков. Из рис. 9.6 видно, что для широкого диапазона акустических частот угол падения остается почти постоянным, в то время как угол дифракции сильно изменяется. Поскольку в широком диапазоне частот звуковой волновой вектор приблизительно перпендикулярен дифрагированному пучку, падающий световой пучок должен отвечать моде с более высоким значением показателя преломления. В отрицательных одноосных кри- [c.414]

Создание перестраиваемых спектральных фильтров — это еще одна важная область применения акустооптического взаимодействия. Акустооптические перестраиваемые фильтры используют, как правило, широкоугольное акустооптическое взаимодействие одинаково направленных волн. Сильное акустооптическое взаимодействие происходит только при выполнении условия Брэгга (условия сохранения импульса). Если падающий пучок состоит из многих спектральных составляющих, то при данной акустической частоте только для одной из них будет выполняться условие Брэгга. Иными словами, лишь одна спектральная составляющая будет дифрагировать при данной акустической частоте. Следовательно, изменяя частоту звука, можно изменять также частоту (или длину волны) дифрагированного оптического пучка. Относительн я величина мощности падающего пучка, преобразуемая в дифрагированный пучок на длине взаимодействия L, в соответствии с выражением (9.5.49) имеет вид [c.419]

Харрис с сотр. [14, 15] предложили спектральный фильтр с электронной настройкой на основе коллинеарного акустооптического взаимодействия в оптически анизотропных средах и продемонстрировали его работу. В разд. 9.5.2 мы кратко рассмотрели одну из конфигураций взаимодействия с участием сдвиговой волны. В другом эксперименте, выполненном этими авторами, оптические волны и продольная акустическая волна распространялись вдоль оси X кристалла LiNbOj. На рис. 10.12, а показано схематически устройство этого фильтра. Падающий пучок может быть поляризован либо вдоль оси у, либо вдоль оси Z. Благодаря фотоупругому эффекту с постоянной /7,4 (= (см. задачу 10.4) возникает брэгговская дифракция в ортогональную поляризацию. Перестройка по спектру от длины волны 7000 до 5500 А была получена изменением акустической частоты от 750 до 1050 МГц (см. рис. 10.12, б). Для кристалла LiNbOj длиной 1,8 см с указанной на рис. 10.12, а ориентацией двулучепреломление равно Ап = 0,09. Из (10.3.9) следует, что ширина полосы пропускания АХ,/2 на длине волны X = 6250 А составляет около 2 А. Необходимо заметить, что в спектре пропускания не присутствуют вторичные полосы или полосы высших порядков, поскольку акустическая волна является синусоидальной. Интенсивность звука 1 , необходимая для 100%-ного преобразования мощности (т. е. для того, чтобы ,2 - = 7г/2), так же, как и в (10.1.9), определяется выражением (см. задачу 10.4) [c.423]

При создании перестраиваемых спектральных фильтров можно также использовать неколлинеарное акустооптическое взаимодействие в анизотропных средах. Эти фильтры обладают некоторой универсальностью конструкции и имеют ряд важных практических преимуществ, а именно они позволяют в различных применениях свободно выбирать направления распространения и рабочую частоту звука для данного кристалла. Большую угловую апертуру по-преж-нему можно получить в случае, когда касательные к геометрическим местам концов волновых векторов падающего и дифрагиро- [c.427]

РИС. 10.14. Неколлинеарный акустооптический перестраиваемый фильтр, а— диаграмма волновых векторов в случае неколлинеарного акустооптического взаимодействия 6 — схематическое представление акустооптического перестраиваемого фильтра на основе кристалла TeOj. [c.427]

В традиционном спектральном анализе используется гетеродинное сканирование сигнала от узкополосного частотноизбирательного фильтра при этом информация о различных спектральных составляющих поступает последовательно и слишком медленно для многих практических применений. Использование для спектрального анализа акустооптического взаимодействия позволяет обрабатывать сигналы параллельно и получать все спектральные составляющие одновременно в оптическом виде. Эти методы играют важную роль для обработки сигналов в радарах. [c.431]

Основными Элементами акустоОптическОго модулятора являются акустооптический кристалл (светозвукопровод), пьезоэлектрический источник ynpyiHx волн и их поглотитель (См. рис. 1.4), Выбор Среды акустооптического взаимодействия в модуляторе осуществляется, исходя из того, что [106] [c.115]

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]

Измерения параметров акустических полей. Использование акустооптических взаимодействий для измерения параметров акустических полей является одной из наиболее важных областей их применений [1—8]. Причиной тому, наряду с универсальностью и бесконтактностью, служит то обстоятельство, что с их помощью можно определять практически все параметры звука — длину волны, интенсивность, поглощение и т. д. Много важных экспериментальных результатов, касающихся распространения и взаимодействия когерентных и тепловых акустических волн в различных средах, получено именно оптическими методами ). Конкретные способы и методики акустооптических измерений довольно многообразны, однако все они базируются на закономерностях дифракции света на звуке ( 2—4). Например, в случае раман-натовской дифракции длину звуковой волны можно определить по доплеров- [c.354]

С целью уменьшения удельной мощности при акустооптических взаимодействиях волноводный слой можно выполнить из материала, обладающего большим значением коэффициента аку-стооптическрго качества М2. В волноводной структуре А828з/Ь1НЬОз [7] значение удельной мощности составляло 0,29 мВт/МГц. [c.150]

Излагается теория акустооптического взаимодействия в из тройных и анизотропных материалах. Рассматриваются такие пр боры, как модуляторы, дефлекторы, фильтры, процессоры. Опис вается принцип действия, конструкция, особенности изготовлени характеристики, области применения. Приводятся параметры на более перспективных акустооптических материалов видимого и и фракрасного диапазонов. [c.2]

Увеличить эффективность фильтра можно отказав шись от условия коллинеарности фазовых скоростей, но потребовав его для групповых скоростей света и звука. Такой подход, описанный в работе [53], позволяет также за счет увеличения пути акустооптического взаимодействия, в соответствии с выражением (4.3), получить более высокое разрешение. При расчете геометрии взаимодействия фильтра очень важно обеспечить работоспо- [c.82]

Излагается теория акустооптического взаимодействия в изотроп ных и анизотропных материалах. Рассматриваются такие приборы, ка модуляторы, дефлекторы, фильтры, процессоры. Описываются принци действия, конструкция, особенности изготовления, характеристики, обла Tti применения. Приводятся параметры наиболее перспективных аку стооптических материалов видимого и инфракрасного диапазонов. [c.112]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...