Брэгговская дифракция акустооптическая

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]

РИС. 10.1. Акустооптические модуляторы света, а — режим дифракции Рамана-Ната б — режим брэгговской дифракции. [c.394]

Следовательно, если интенсивность звука модулирована, то модулированной оказывается и интенсивность дифрагированного светового пучка. Таким образом, акустооптическая брэгговская дифракция позволяет закодировать информацию в оптическом пучке. Для того чтобы эффективность брэгговской дифракции была достаточной, направления падающего и дифрагированного оптических пучков должны быть приблизительно симметричны по отношению к акустическим волновым фронтам. При этом как угол падения, так и угол дифракции известны как угол Брэгга вд, который определяется выражением [c.395]

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]

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]

РИС. 10,6. Акустооптическая брэгговская дифракция света на фазированной решетке акустических волн [7], [c.414]

РИС. 10.9. Акустооптическая брэгговская дифракция направляемых волн на двух наклонных поверхностных акустических волнах [12]. [c.418]

Акустооптическая брэгговская дифракция может быть использована также для анализа энергетического спектра ВЧ-сигнала. В разд. 10.2 мы рассмотрели обусловленное брэгговской дифракцией отклонение светового пучка путем изменения частоты звука. В этом случае эффективность дифракции пропорциональна мощности звука. Каждому углу отклонения 2вд соответствует частота звука, удовлетворяющая условию Брэгга [c.428]

Акустооптические фильт-р ы. Брэгговская дифракция позволяет выделить из широкого спектра оптич. излучения достаточно узкий интервал длин световых волн, поскольку с монохроматич. звуком эффективно взаимодействуют лишь те световые волны, длины к-рых с достаточной точностью удовлетворяют условию Брэгга. Изменяя частоту звука, можно выделяемый интервал перемеш ать по оптич. спектру в широких пределах. На этом основано использование АОЯ в качестве спектрального прибора — перестраиваемого оптич. фильтра. [c.36]

В отклоняющих акустооптических устройствах — дефлекторах сканирование лазерного луча осуществляется путем изменения акустической частоты. В этом параграфе будут рассмотрены дефлекторы, использующие изотропную брэгговскую дифракцию, для которой справедливы все предыдущие выводы. Теория анизотропных дефлекторов будет изложена ниже. [c.49]

Акустооптические устройства обработки информации — процессоры. Акустооптич. приборы, рассмотренные выше, служат основой при создании различных функциональных устройств для обработки СВЧ сигналов (т. н. процессоров), к-рые в отличие от цифровых вычислительных машин позволяют обрабатывать информацию в реальном масштабе времени. Для выполнения такой обработки необходимо предварительное преобразование радиосигнала в звуковой. Параллельная обработка данных осуществляется путём одновременного считывания всей запасённой в звуковом импульсе информации при дифракции света на звуковом сигнале. Различают низкочастотные процессоры, использующие дифракцию Рамана — Ната и эффективные в области частот до 100 МГц, и высокочастотные брэгговские процессоры, работающие при / > 100 МГц. [c.36]

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]

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]

Данный метод давно и широко применяется в одноканальных модуляторах света (см. 1.4). Особенно хорошие параметры имеют модуляторы на фотоупругих анизотропных криста 1. а, использующие брэгговскую дифракцию света. В этом случае пучок света, падающий на акустооптический материал под углом ф= =ar sinV2A к нормали (здесь Л—длина возбужденной в материале акустической волны), может быть практически полностью от клОнен в направлении максимума минус iiepBoro порядка дифракции, определяемого из условия G [ = —ф, и таким образом, эффективно промодулирован по амплитуде. [c.114]

Акустооптические методы в физических исследованиях. Акустооптич. методы дают возможность изучать локальные характеристики звуковых полей и свойства материалов, в к-рых имеет место взаимодействие света со звуком. По угловым зависимостям дифрагированного света определяются диаграмма направленности и спектральный состав акустич. излучения. Анализ эффективности дифракции в различных точках образца позволяет восстановить картину пространственного распределения интенсивности звука. Наконец, на основе акусто-оптпч. эффектов осуществляется визуализация звуковых полей. С помощью брэгговской дифракции удаётся получить информацию о спектральном, угловом и пространственном распределении акустич. фононов в длинноволновой области фононного спектра. [c.33]

Рис. 6. Процессоры для сжатия импульсного сигнала с линейной частотной модуляцией на основе изотропной (а) и анизотропной (б) брэгговской дифракции 1 — акустооптическая ячейка 2 — фотодетектор стрелками указано направление поляризации световых лучей кружок с точкой обозначает направление поляри-защш луча, перпендикулярное плоскости

Брэгговская дифракция поверхностной световой волны активно используется в интегральных модуляторах и дефлекторах на основе акустооптического эффекта. Отклонение света происходит на фазовой решетке, создаваемой акустическими волнами пол действием переменного напряжения, которое прикладывается к иьезопреобразователю. Варьируя частоту акустических волн в диапазоне выполнения условий дифракции, можно изменять угол отклонения. [c.312]

При распространении электромагнитного излучения в периодических средах возникает много интересных и потенциально полезных явлений. К ним относятся дифракция рентгеновского излучения в кристаллах, дифракция света на периодических изменениях механических напряжений, возникающих при прохождении звуковой волны, и запрещенная зона для света в слоистых периодических средах. Эти явления используются во многих оптических устройствах, таких, как дифракционные решетки, голограммы, лазеры на свободных электронах, лазеры с распределенной обратной связью, лазеры с распределенным брэгговским отражением, брэгговские отражатели с высокой отражательной способностью, акустооптические фильтры, светофильтры Шольца и т. д. В данной главе мы рассмотрим некоторые общие свойства электромагнитного излучения в периодических средах и общую теорию его распространения в слоистой периодической среде. Эта теория имеет весьма близкую формальную аналогию с квантовой теорией электронов в кристаллах и поэтому позволяет использовать понятия блоховских волн, запрещенных зон, затухающих и поверхностных волн. Наконец, мы обсудим применение этой теории для решения ряда хорошо известных задач, таких, как расчет коэффициента отражения от брэгговского зеркала, коэффициентов пропускания фильтра Шольца и оптических поверхностных волн. Кроме того, мы обсудим двойное лучепреломление за счет формы и его применение в дихроичных поляризаторах. Периодические структуры играют также важную роль в интегральной оптике, рассмотрение которой мы отложим до гл. 11. [c.169]

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]

Управление лазерным излучением и акустооптические процессоры. Акустическое воздействие на параметры лазерного излучения, в частности амплитудная или частотная модуляция, обычно осуществляется посредством дифракции света на звуке как в раман-натовском, так и в брэгговском режимах [5—7, 19]. ]Г[ри этом используется пространственное разделение световых лучей, соответствующих различным дифракционным порядкам. Согласно формулам (2.8) и (2.10), в обоих режимах может быть обеспечена 100%-ная амплитудная модуляция как дифрагированного, так и прошедшего света (в последнем случае требуется определенный выбор параметра и). Эффективность модуляции, характеризующая уровень управляющей акустической мощности, зависит от упругооптических коэффициентов используемых материалов. Анализ показывает, что для кристаллов с высоким акустооптическим качеством (ТеОг, АзгЗз и др. )) при прочих равных условиях требуются меньшие управляющие мощности, чем в лучших электро-оптических модуляторах [6]. Совершенно новые возможности открывает модуляция лазерного излучения поверхностными акустическими волнами 21]. Высокая концентрация энергии поверхностной волны вблизи границы делает модуляцию достаточно эффективной даже при использовании материалов с невысоким упругооптическим качеством. [c.364]

Развитие и оптимизация параметров элементов интегральной акустооптики связано с применением волноводных слоев с большим значением коэффициента акустооптического качества, малыми акустическими потерями в гиперзву-ковом диапазоне, с совершенствованием систем для возбуждения ПАВ. Например, в брэгговском акустооптическом модуляторе, разработанном для применения в радиоастрономии, ширина полосы устройства по уровню 3 дБ составила 530 МГц при центральной частоте 1,74 ГГц [11]. Оптические волноводы получены термодиффузией титана в ниобат лития. Для возбуждения поверхностных акустических волн применяли четырехсекционный встречно-штыревой преобразователь со сдвигом секций на 3/4 длины акустической волны. При электрической мощности 40 мВт эффективность дифракции в акустооптической ячейке составляла 0,1 %. Для расширения области фазового синхронизма и увеличения рабочей полосы интегральных акустооптических устройств рассмотрены взаимодействия поверхностных оптических и акустических волн на скрещивающихся пучках, а также взаимодействия оптических поверхностных волн с акустическими пучками, для генерации которых использованы встречно-штыревые преобразователи с наклонными штырями [11]. При центральной частоте 615 МГц полоса дефлектора составляла 430 МГц, а эффективность дифракции — 16 % при уровне мощности управляющего сигнала 200 мВт. Преобразователь состоит из двух последовательно соединенных секций, повышающих сопротив- [c.150]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...