第八讲 声光调制.ppt

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第八讲 声光调制

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。 (1)调制带宽 三、性能指标 11 如果考虑两束最边界的衍射光发生重叠 入射角覆盖范围应为 带宽与声波穿过光束的渡越时间(w0/vs)成反比,即与光束的直径(w0)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。 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。 (1)调制带宽 三、性能指标 10 因此要求 (2)衍射效率 要得到衍射效率ηs=100%,所需要的声强度为 所需的声功率 三、性能指标 9 声光材料品质因数M2越大,获100%的衍射效率所需声功率越小。则电声换能器的截面应做得长(L大)而窄(H小)。 f0:声波中心频率 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。 (2)衍射效率 三、性能指标 8 虽然增大作用长度L会提高衍射效率,但是,也会导致调制带宽的减小 假如声波的发散角 会得到 提高布拉格声光调制器衍射效率的途径: 1、选择声光性能指数(材料常数或优值)的声光介质; 2、声光介质的长度(L)足够长、宽度(H)窄和适当增加声功率Ps。 注意:功率过高会导致器件过热,从而影响器件的工作性能和可靠性。 (2)衍射效率 三、性能指标 7 (3)声束与光束的匹配 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。 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2Δφ ,即大于8λ/πd0。由于衍射光和0级光之间的夹角(即偏转角)等于 三、性能指标 6 不是超声能量边缘浪费,就是不满足布拉格条件而不被衍射。 调制器性能最佳。 可分离条件为 : D0:高斯光束腰部直径 τ:声束穿越光束的度越时间 (3)声束和光束的匹配 三、性能指标 5 最佳发散角比的条件 实际应用中就可以选择合适的聚焦透镜焦距 四、波导调制器 4 ?i ?d ks 入射光 衍射光 L 声表面波 电声换能器 波导层 y切割LiNbO3衬底 声光布拉格型波导调制器 布拉格型波导调制器由平面波导和交叉电极换能器组成。 波导衬底材料采用压电材料(如LN等)目的:激起表面弹性波。 采用Ti扩散形成波导。 用光刻方法在表面形成交叉电声换能器。 波导光与电极板条间的夹角满足布拉格角θB,换能器产生的超声波引起波导和衬底折射率周期变化。 四、波导调制器 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:比例系数,取决于波导的有效折射率neff等因素。 因此,衍射光强I1随电压V的变化而变化,达到对波导光的调制目的。 3 因此,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 的1级衍射光。 在激光谐振腔系统中有声光锁模、声光Q开关和腔倒空技术; 在信号处理系统中有雷达、电子对抗和光通信的声光信号处理技术; 在光学高精度传感系统中有光学陀螺、水听器和干涉系统技术; 在激光技术系统中有文字、图像和其它信息处理技术。 声光器件的应用 知识补充 2 本讲小结 1、声光调制器的结构及其功能、波导声光调制的原理等 1 2、声光调制的工作原理:拉曼纳斯、布拉格衍射 3、调制带宽、衍射效率、声光束匹配等参量的要求、关系和特征 启示: 电调制信号→产生声功率→弹性应变→晶体折射变化→衍射→光强调制 * * * * * * * * * * * * * * * 西南科技大学 School of Science,Southwest University 西南科技大学 School of Science,Southwest University 西南科技大学 School of Science,Southwest University 西南科技大学 School of Science,Southwest University 西南科技大学 School of Science,Southwest University 西南科技大学 School of Science,Southwest University 《光

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