Una breve descripción del fenómeno de la modulación acústico-óptica.
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Análisis:
La onda sonora es una onda de tensión mecánica longitudinal (onda elástica si esta tensión es). Cuando la onda actúa sobre el medio acústico-óptico, hará que la densidad del medio cambie periódicamente, lo que provocará que el índice de refracción del medio también cambie periódicamente. De esta manera, el medio acústico-óptico se convierte en una capa equivalente debajo del. Acción del campo ultrasónico. Rejilla de fase, si el láser actúa sobre la rejilla, se producirá difracción. La intensidad, la frecuencia y la dirección de la luz difractada cambiarán con el campo ultrasónico. El láser tiene una excelente coherencia temporal y espacial. a las ondas de radio es fácil de modular, la frecuencia de la onda de luz es extremadamente alta y la capacidad de transmitir información es muy grande. Además, el ángulo de divergencia del rayo láser es pequeño y la energía de la luz es alta. concentrado Puede transmitir a largas distancias y es fácil de mantener confidencial. Por lo tanto, proporciona un método para la transmisión de información óptica.
Llamamos al proceso de cargar la información que se transmitirá en el. Modulación láser por subradiación láser
La modulación de la luz se divide en dos categorías: modulación interna y modulación externa. La modulación externa se refiere a la carga de la señal de modulación se realiza después de que se forma el láser, es decir, el modulador. Se coloca fuera de la cavidad resonante del láser y el voltaje de la señal de modulación se agrega al modulador para provocar cambios de fase en algunas propiedades físicas del modulador. Cuando el láser pasa a través de él, se modula. Por lo tanto, la modulación externa no cambia los parámetros de. el láser, pero cambia los parámetros del láser de salida (intensidad, frecuencia, etc.
Qué es la modulación acústico-óptica
La onda de sonido es una onda de tensión de máquina longitudinal (elástica). onda). Si esta onda de tensión se aplica a un medio acústico-óptico, hará que la densidad del medio cambie periódicamente, lo que provocará que el índice de refracción del medio también cambie en consecuencia. cambia de manera ultrasónica. Bajo la acción del campo ultrasónico, se convierte en una rejilla de fase equivalente. Si el láser actúa sobre la rejilla, se producirá difracción. La intensidad, la frecuencia y la dirección de la luz difractada cambiarán con el campo ultrasónico. El llamado "modulador acústico-óptico" "Este principio se utiliza para lograr la modulación o desviación del haz.
Principio de modulación acústico-óptica
1 El papel de las ondas ultrasónicas en la acústica -medios ópticos
2 Efecto acústico-óptico
①Difracción de Raman-Ness
②Difracción de Bragg
3 Modulador acústico-óptico
1 Onda ultrasónica El papel de las ondas sonoras en los medios acústicos y ópticos
La propagación de las ondas sonoras en los medios se divide en dos formas: ondas viajeras y ondas estacionarias
La La superficie de la rejilla acústica formada por ondas viajeras se mueve en el espacio. El aumento y la disminución del índice de refracción del medio cambia alternativamente y avanza a la velocidad de la onda ultrasónica Vs.
En una óptica acústico-óptica. medio, dos columnas de ondas ultrasónicas (su longitud de onda, fase y amplitudes son todas iguales), lo que resulta en una superposición, y se formará una onda estacionaria ultrasónica en el espacio. La rejilla acústica formada por la onda estacionaria acústica se fija en el espacio, y su cambio de fase tiene una relación sinusoidal con el tiempo
La ecuación de la onda de sonido sintética es:
a(z,t)=a1(z,t)+a2(z,t) =2Acos2πz/λs·sin2πt/Ts
El cambio de índice de refracción en el medio se muestra en la Figura 1 muestra que dentro de un período T de una onda sonora, el medio aparecerá dos veces denso y capas densas, y la densidad en los nodos permanece sin cambios, por lo que el índice de refracción cambia en el antinodo cada medio período (T/2), es decir, cuando el valor máximo cambia al valor mínimo, o del valor mínimo al valor máximo, la El índice de refracción de cada parte del medio es el mismo en un momento determinado durante los dos cambios, lo que equivale a un medio uniforme que no se ve afectado por el campo ultrasónico.
Si la frecuencia ultrasónica (es decir , la frecuencia de la señal aplicada al modulador) es fs, el número de veces que aparece o desaparece la rejilla acústica es 2fs, por lo que la frecuencia de la luz modulada es 2fs (el doble de la frecuencia ultrasónica).
Figura 1
2 Efectos de luz y sonido
Según la diferencia en la frecuencia ultrasónica y el espesor del medio de luz y sonido, los efectos de luz y sonido se pueden dividir en dos tipos, a saber Difracción de Mann-Neith y difracción de Bragg.
①Difracción de Raman-Neith
Cuando la frecuencia ultrasónica es baja y el espesor L del medio acústico-óptico es relativamente pequeño, cuando el láser está Al incidir en el medio acústico-óptico perpendicular a la dirección de propagación del campo ultrasónico, se producirá un fenómeno obvio de difracción acústico-óptica de Raman-Ness, como se muestra en la Figura 2. En este caso, la rejilla ultrasónica es similar a una rejilla plana. cuando la luz pasa, se producirá una difracción de varios órdenes y los valores máximos de cada nivel de difracción se distribuyen simétricamente en ambos lados de la franja de orden cero y su intensidad disminuye en secuencia. Figura 2
Figura 3
Suponga que la longitud de onda ultrasónica es λs, el vector de onda Ks apunta a la dirección x positiva y el vector de onda de luz incidente Ki apunta a la dirección positiva del eje y, y los dos son ortogonales (como como se muestra en la Figura 3).
Cuando la deformación es pequeña y la dependencia del tiempo t se ignora temporalmente, la relación entre el índice de refracción y la posición espacial x es:
n( x)=n0-ΔnsinKsx
Debido a los cambios periódicos en el índice de refracción del medio, la fase del haz de luz incidente se modula. La onda de luz emitida ya no es plana
El valor de intensidad de la luz de cada orden de difracción es:
Im=Jm2(v) v=2π/λΔnL
En la fórmula anterior, Jm2( v) es la función de Bessel de orden m; v representa el cambio de fase del haz modulado causado por el cambio del índice de refracción Δn.
②Difracción de Bragg
Cuando la frecuencia ultrasónica es relativamente alta, cuando el medio acústico-óptico es grueso y la luz incidente incide en un cierto ángulo (θi), se producirá difracción acústico-óptica de Bragg (como como se muestra en la Figura 4). La luz difractada por la difracción acústico-óptica de Bragg no se distribuye simétricamente. Cuando la luz incide en un cierto ángulo, se puede ignorar la difracción de orden superior y solo la de orden cero y la de orden +1 o -1. Aparece luz difractada de -orden (dependiendo de la dirección de la luz incidente). Si los parámetros se pueden seleccionar razonablemente, la onda ultrasónica es lo suficientemente fuerte. La energía de la luz incidente se puede transferir de manera más concentrada al orden cero y al orden +1. (o máximos de difracción de -1 orden), por lo tanto, la energía del haz se puede utilizar completamente y se puede obtener una mayor eficiencia.
Figura 4
Cuando el haz de luz incide en el. medio acústico-óptico en el ángulo de incidencia θi, es reflejado por el espejo y la luz difractada interfiere. El valor máximo debe cumplir las condiciones:
Δ=mλ (m=0,±1,±). 2……).
2λssinθB=λ donde θB se llama ángulo de Bragg.
Sólo el ángulo de incidencia θi satisface la fórmula anterior Sólo cuando la onda de luz alcanza el valor máximo de difracción. en la dirección θi = θd Esta fórmula generalmente se llama fórmula de difracción de Bragg.
Se puede demostrar que cuando la intensidad de la luz incidente es Ii, la fórmula de difracción de Bragg La intensidad de la luz de difracción de orden cero y. el primer orden se puede expresar como:
I0=Iicos2v/2 I1=Iisin2v/2
donde v=2π/λΔnL
es el retraso de fase causado por la onda de luz que pasa a través del campo ultrasónico con espesor L.
3 Modulador acústico-óptico
El modulador acústico-óptico está compuesto por un medio acústico-óptico y un transductor electroacústico. se compone de un modulador acústico-óptico, un dispositivo de absorción (o reflexión) del sonido y una fuente de alimentación de conducción.
En cuanto a un modulador acústico-óptico, no importa a qué tipo pertenezca (tipo Raman-Ness difracción o difracción tipo Bragg), el modulador tiene dos modos de trabajo, uno es usar el haz de orden cero como salida; el otro es usar el haz difractado de 1 orden como salida cuando la amplitud de la onda de sonido cambia. Con la señal de modulación, la intensidad de la luz difractada en cada nivel también cambia. Si se suma un cierto orden de luz de difracción como salida y se utiliza la apertura para bloquear otros órdenes de difracción, entonces el haz de luz. La luz emitida desde la apertura es luz modulada. Por lo tanto, si se utiliza un voltaje de señal con una frecuencia de f para agregar en el transductor electroacústico, la frecuencia del campo ultrasónico formado en el medio acústico-óptico es fs. del modulador se generará una luz modulada con una frecuencia de 2fs.
Aplicación acústico-óptica de la modulación
Debido a la particularidad de las transiciones iónicas en los láseres de gas, especialmente los láseres de iones de argón. , los parámetros del dominio de frecuencia cambian casi por completo y de forma aleatoria, lo que se manifiesta como fluctuaciones violentas y desaparición aleatoria de la amplitud de cada modo, lo que plantea grandes desafíos a la tecnología de bloqueo de modo, lo que trae consigo ciertas dificultades, el uso de cuarzo niobato de litio con fuerte modulación. El efecto y el sistema de modulación acústico-óptico pueden lograr el bloqueo del modo de láser de iones de argón y obtener pulsos láser ultracortos de menos de nanosegundos. Este láser de iones de argón de modo bloqueado se ha utilizado para sincronizar el láser de tinte de anillo bombeado.
_El El casillero de modo acústico-óptico es esencialmente un modulador acústico-óptico en el que una onda estacionaria ultrasónica muy estable interactúa con el rayo láser si la modulación del casillero de modo acústico-óptico es exactamente la misma que el intervalo de frecuencia del modo longitudinal del. cavidad del láser, de modo que cada dirección vertical y horizontal de la cavidad del láser se module periódicamente y mantenga la misma fase. Después del acoplamiento continuo, la salida del láser es una serie de secuencias de pulsos regulares con anchos de pulso extremadamente estrechos.
Tono de sonido y luz.
Desarrollo del sistema
Con el desarrollo de la tecnología láser, la aplicación de la modulación acústico-óptica se expande cada vez más a diversas industrias.
Investigación sobre la tecnología de servopistas pregrabadas (fotográficas). utilizando las características de grabación de micropuntos láser para mejorar en gran medida la densidad de pistas de la memoria del disco, y en el dispositivo de grabación y escritura servograbado previo (foto), una tarea importante es realizar el control de la intensidad de la luz del rayo láser y la modulación del pulso de luz. Por lo general, se utiliza es modulación acústico-óptica.
En una impresora láser, el modulador de deflexión del rayo láser se realiza aplicando el principio de difracción de Bragg de modulación acústico-óptica. El circuito de variador de frecuencia se puede utilizar para generar oscilaciones eléctricas de alta frecuencia, que se convierten mediante ultrasonidos. El energizador forma ondas ultrasónicas y, al controlar rápidamente las ondas ultrasónicas, se logra el propósito de modular el rayo láser mediante el dispositivo acústico-óptico.
En el ejército, también se usa ampliamente, por ejemplo, un nuevo tipo de detector: el analizador de espectro de radar de los pilotos de la Fuerza Aérea. Se puede utilizar para analizar la señal de radar transmitida a la aeronave para determinar si la aeronave. Está siendo rastreado por el enemigo. La señal del radar externo y la señal de oscilación generada por el láser semiconductor en el avión se mezclan y amplifican, y luego impulsan el modulador acústico-óptico para generar ondas ultrasónicas. Cuando la señal externa cambia, la longitud de onda ultrasónica. También cambia, y el ángulo de la luz difractada también cambia, lo que se refleja en la matriz de diodos. Podemos identificar fácilmente las señales de radar enemigos.