新激光ppt课件第五章激光调制技术.ppt

5.3 声光调制,一、声光调制的物理基础,1.关于声波,声波是一种弹性波（纵向应力波）,声波在介质中传播,位相光栅光栅常数=s,声波,行波,驻波,（1）行波,超声行波在介质中的传播,声波方程：,式中：,-声波角频率,-波矢,-质点位移的幅度,A,近似认为：,n0-无声波时介质折射率,s 超声波引起介质产生的应变,P-材料的弹光系数,（2）驻波,驻波方程：,波腹：,(n=0,1,2),波节：,(n=0,1,2),若声频为fs,则光栅出现和消失的次数为2fs,所以光波通过该介质后所得到的调制频率为其2倍.,x,a,s,二、声光相互作用的两种类型,声光相互作用,拉曼纳斯衍射,布拉格衍射,1.拉曼纳斯衍射,(1)产生条件:,超声频率较低;光波平行于声波表面入射;声光相互作用长度L较短.,(2)拉曼纳斯衍射,(3)拉曼纳斯衍射结果,衍射角,衍射光强,贝塞尔函数,-m为衍射级次,2.布拉格衍射,(1)布拉格衍射条件,声波频率较高；声光作用长度L较大；),（s与分别为声、光波波长）,入射光与声波波面的夹角满足,(2)布拉格衍射,(3)布拉格方程,入射光波通过声光调制器产生布拉格衍射时入射光波长、入射角以及超声波波长s之间关系的方程。,行波超声场,声波通过介质，可以近似看作许多相距为s的部分反射部分透射的镜面.,镜面以vs沿x方向移动，但在一瞬间，可认为近似静止,如图，光束2、3同相位的条件是:使FE+EG等于光波长的整数倍,由于,于是得到布拉格方程:,布拉格角:,(4)衍射极值条件,布拉格方程说明:,只有,时,在声波面上的衍射的光波才具有同相位,满足相干加强条件,得到衍射极值.,(5)衍射光强度及衍射效率,布拉格衍射光强度与声光材料特性和声场强度有关.,设入射光强度为,则布拉格衍射的0级和1级衍射光强为,附加相位延迟因子,设介质是各项同性的,介质的弹光系数,介质在声场作用下的应变幅值,S与超声驱动功率Ps有关；Ps与换能器面积(长L、宽H)、声速vs有关,衍射效率：,式中,声光材料的品质因数,超声强度,讨论,1超声功率Ps一定情况下，若要使衍射光强尽量大，就要选择2大的材料,且换能器要做得长而窄.,2当Ps足够大时,以至于 达到 时,效率为100%.,3.Ps改变,就会随之改变.因此,控制Ps就可以控制衍射光强,实现声光调制.,三、声光体调制器,1.组成,声光体调制器是由声光介质、电声换能器、吸声装置及驱动电源所组成。,2.声光调制的工作原理,(1)声光调制,利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程.,(2)工作原理,与 有关,所以,当声波场受信号调制振幅变化时,衍射光强也相应变化.,拉曼纳斯型调制器工作原理,取一级衍射光作为输出,利用光栏将其他级衍射光遮挡,则从栏孔出射的光束就是一个随v变化的调制光。,拉纳型调制器只限于低频工作，具有有限的带宽。,布拉格型调制器工作原理,声功率Ps较小时，,布拉格衍射效率高，且调制带宽较宽。,对声强调制，衍射光强就收到了调制。,若获得满意效果，须以 入射，同时要在相对于声波波阵面对称方向接受衍射光束。,3调制带宽,调制带宽是衡量能否无畸变地传输信息的一个技术指标，受布拉格带宽限制。,调制带宽,可见：带宽与声波穿越光束的渡越时间成反比，即与光束直径成反比。,最大调制带宽近似等于声频的一半。,进一步,若想获得大的调制带宽，就要采用高频布拉格衍射。,4.声光调制器的衍射效率,若获得100%的调制，声强度就要为,即：所需的声功率,四、声光调制器设计中应考虑的问题,如何有效地把驱动电源所提供的电功率转换成声光介质中的超声波功率；如何提高布拉格效率；在多大频率范围内可以无失真地调制。,1声光介质材料的选择,选（声光材料的品质因数）大的材料；选（表征声光材料调制带宽的品质因数）大的材料；要同时考虑带宽和效率,电声换能器,作用：,电功率,声功率（建立超声场）,声束和光束的匹配,效率带宽积:,5.磁光调制,一、磁光调制的物理基础,磁光效应,旋光现象,磁光特性,二、磁光调制器,磁光调制,磁光体调制器,一、直接调制原理,二、半导体光源的模拟调制,5.直接调制,直接调制：就是把要传递的信息转变为电流信号调制激光器驱动电源，从而使输出激光带有信息,三、半导体光源的PCM数字调制,