聲波是一種縱向機械應力波(彈性波).若把這種應力波作用到聲光介質中時會引起介質密度呈疏密周期性變化,使介質的折射率也發(fā)生相應的周期性變化,這樣聲光介質在超聲場的作用下,就變成了一個等效的相位光柵,如果激光作用在該光柵上,就會產生衍射.衍射光的強度,頻率和方向將隨超聲場而變化 激光具有極好的時間相干性和空間相干性,它與無線電波相似,易于調制,且光波的頻率極高,能傳遞信息的容量很大.加之激光束發(fā)散角小,光能高度集中,既能傳輸較遠距離,又易于保密.因而為光信息傳遞提供了一種理想的光源.
)'92{-A0 我們把欲傳輸?shù)男畔⒓虞d于激光副射的過程稱為激光調制
Aqq%HgY:t 光調制分為內調制和外調制兩類外調制是指加載調制信號在激光形成以后進行的,即調制器置于激光諧振腔外,在調制器上加調制信號電壓,使調制器的某些物理特性發(fā)生相的變化,當激光通過它時即得到調制.所以外調制不是改變激光器參數(shù),而是改變已經輸出的激光的參數(shù)(強度,頻率等).
g {wDI7"<q 什么是聲光調制
tFXG4+$D 聲波是一種縱向機械應力波(彈性波).若把這種應力波作用到聲光介質中時會引起介質密度呈疏密周期性變化,使介質的折射率也發(fā)生相應的周期性變化,這樣聲光介質在超聲場的作用下,就變成了一個等效的相位光柵,如果激光作用在該光柵上,就會產生衍射.衍射光的強度,頻率和方向將隨超聲場而變化.所謂"聲光調制器"就是利用這一原理而實現(xiàn)光束調制或偏轉的.
(1*?2u *j 聲光調制的原理
Jo_h?{"L{ 1 超聲波在聲光介質中的作用
P$\( Bd\76 2 聲光作用
BT >8 ①喇曼-奈斯衍射
W +C\/ ②布喇格衍射
!\^c9Pg|v 3 聲光調制器
zS]Yd9;X1 1 超聲波在聲光介質中的作用
Bx; bc 聲波在介質中傳播分為行波和駐波兩種形式
u
JGYXlLE 行波所形成的聲光柵其柵面是在空間移動的.介質折射率的增大和減小是交替變化的,并且以超聲波的速度Vs向前推進
HX?5 O$<<N 在聲光介質中,兩列相向而行的超聲波(其波長,相位和振幅均相同)產生疊加,在空間將形成超聲駐波.聲駐波形成的聲光柵在空間是固定的,其相位變化與時間成正弦關系
H"6:!;9, 合成聲波方程為:
ewD61Y8- a(z,t)=a1(z,t)+a2(z,t)=2Acos2πz/λs·sin2πt/Ts
7 6(&O 介質中折射率的變化如圖1所示,聲波在一個周期T內,介質將兩次出現(xiàn)疏密層,且在波節(jié)處密度保持不變,因而折射率每隔半個周期(T/2)在波腹處變化一次,即由極大值變?yōu)闃O小值,或由極小值變?yōu)闃O大值,在兩次變化的某一瞬間介質各部分折射率相同,相當于一個不受超聲場作用的均勻介質.
yin"+&<T 若超聲頻率(即加在調制器上的信號頻率)為fs時,則聲光柵出現(xiàn)或消失的次數(shù)為2fs,因而調制光的頻率為2fs(為超聲頻率的二倍).
F od2KS;g >(p "! 圖1
%. [t(F 2 聲光作用
$D 1Pk 按照超聲波頻率和聲光介質厚度的不同,將聲光作用可以分為兩種類型,即喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射.
>cQ*qXI0 ①喇曼-奈斯衍射
=D<46T=(RB 在超聲波頻率較低,且聲光介質的厚度L又比較小的情況下,當激光垂直于超聲場的傳播方向入射到聲光介質中時,將產生明顯的喇曼-奈斯聲光衍射現(xiàn)象,如圖2所示.在這種情況下,超聲光柵類似于平面光柵,當光通過時,將產生多級衍射,而且各級衍射的極大值對稱分布在零級條紋的兩側,其強度依次遞減.
dyD =R 圖2 圖3
~\(U&2t
設超聲波波長為λs,波矢量Ks指向x正方向,而入射光波矢量Ki指向y軸正方向,兩者呈正交(如圖3所示).
^7V9\Q9 當應變較小時,并暫時略去時間t的依賴關系,則折射率隨空間位置x的變化關系為:
hBO I:4u[ n(x)=n0-ΔnsinKsx
h{VCx#!] 由于介質的折射率發(fā)生周期性變化,所以會對入射光束的相位進行調制.出射的光波已不再是平
~"iCx+pr 面波,其等相面是一個由n(x)決定的皺折曲面.其各級極大值的衍射角θ應滿足公式:
b> Iq k λssinθ=±m(xù)λ
0l!@bj 式中λs為超聲波波長;λ為入射光波長.
\ @3i=! 其各級衍射的光強值為:
pu=Q;E_f[ Im=Jm2(v) v=2π/λΔnL
S2w|\" 上式中Jm2(v)為m階貝塞爾函數(shù);v表示由于折射率變化Δn而引起的被調制光束的相位變化.
-%NT)o ②布喇格衍射
xLP
