Звуковая и световая модуляция

Явление упругой деформации среды под действием внешней силы, приводящей к изменению оптических свойств среды, называется упругооптическим эффектом. Когда ультразвуковые волны распространяются в среде, поскольку ультразвуковые волны являются упругими волнами, в среде возникают упругие деформации, которые изменяются с течением времени и в пространстве, поэтому показатель преломления каждой точки среды будет меняться вместе с упругими деформациями в этой точке. Соответственно, свет при прохождении через эту среду будет дифрагировать.Это явление называется акустооптическим эффектом. Технология акустооптической модуляции использует акустооптический эффект для модуляции лазерного луча ультразвуковым лучом и обеспечивает переключение модуляции или модуляцию интенсивности посредством управления.

При распространении продольных звуковых волн в среде показатель преломления среды периодически изменяется во времени и пространстве.Среду в это время можно рассматривать как движущуюся акустическую решетку.Постоянной решетки акустической решетки является длина волны звуковой волны. Уравнение ее решетки выглядит следующим образом: , где λ _s — длина волны ультразвуковой волны, λ — длина волны света, m — порядок дифракции, θ _i и θ — углы между падающим светом и дифрагированным светом и решеткой поверхность соответственно.

Существует два типичных явления акустооптической дифракции: акустооптическая дифракция Брэгга и дифракция Рамана - Несса в зависимости от длины волны ультразвука, длины волны света и длины акустооптического взаимодействия .

1. Принцип акустической и светодифракции.

1.1  Брэгговская акустооптическая дифракция

       Акустооптическую среду, через которую проходят продольные звуковые волны брэгговской дифракции, можно рассматривать как отражающий слой с интервалом длины волны звуковой волны λ _s .На рисунке 1 представлена ​​принципиальная схема брэгговской дифракции. Условия дифракции Брэгга показаны в следующей формуле, где λ — длина волны света в вакууме, n — показатель преломления среды, а θ _B — угол дифракции Брэгга.

Рисунок 1. Принципиальная схема дифракции Брэгга.

Только световые волны, угол падения которых удовлетворяет приведенной выше формуле, могут иметь дифракцию Брэгга, а порядок дифракции составляет только +1 или -1 . Когда угол падения падающего света отклоняется от угла Брэгга, эффективность дифракции будет значительно снижаться. Формула расчета интенсивности дифрагированного света нулевого и первого порядка, полученная методом брэгговской акустооптической дифракции, имеет следующий вид, где I _i - интенсивность падающего света, δ - фазовая задержка между дифрагированным светом нулевого и первого порядков. свет, то есть дополнительная фаза, генерируемая световой волной, проходящей через разность ультразвукового поля.

1.2 Комбинационное рассеяние света - Несс, акустика и дифракция света

Акустооптическая дифракция Рамана        - Несса возникает, когда интенсивность акустической волны мала, а длина акустооптического взаимодействия мала. Длина волны звуковой волны λ _s значительно превышает длину волны световой волны λ . При параллельном прохождении световой волны через акустооптическую среду она подвергается лишь фазовой модуляции, то есть световая волна с большим показателем преломления задерживается, а волновой фронт световой волны с небольшим показателем преломления продвигается вперед, поэтому после того, как плоская волна пройдет через акустооптическую среду, волновой фронт будет иметь вогнутое и выпуклое явление, как показано на рисунке 2 . Вторичные волны, излучаемые каждым источником субсвета на фронте исходящей световой волны, будут когерентно взаимодействовать, образуя многопорядковый дифрагированный свет с направлением падающего света в качестве центральной линии и симметричным распределением.Это дифракция Рамана - Несса. Дифракция Рамана - Несса имеет низкую дифракционную эффективность и в настоящее время используется редко.

Рисунок 2. Принципиальная схема акустооптической дифракции комбинационного рассеяния света - Несса.

1.3 Акустооптическая дифракция Брэгга и акустооптическая дифракция Рамана - Несса

2. Приложение

2.1 Акустооптический модулятор LBTEK выполнен на основе акустооптического дифракционного принципа Брэгга.Интенсивность света дифракционной волны первого порядка имеет простую линейную связь с интенсивностью акустооптического света.Если звуковая волна модулируется, световая волна будет быть модулированным. В области связи информация, которую необходимо передать, может быть загружена на световых волнах.

2.2 Акустооптический дефлектор. При изменении частоты ультразвуковых волн изменяется направление поляризации дифрагированных световых волн. Его можно использовать для лазерного ТВ-сканирования, XY-рекордера и других устройств быстрого случайного считывания.

2.3 Акустооптический анализатор спектра. Различные длины волн падающего света имеют разные углы выхода дифрагированного света.