Акустооптические модуляторы

АКУСТООПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СВЕТ - СИГНАЛ

Лекция 2

С помощью акустических волн можно управлять любыми параметрами световой волны: амплитудой, фазой, частотой, состоянием поляризации, направлением распространения. В соответствии с этим возможны различные виды акустооптических модуляторов (АОМ): амплитудные, фазовые и т. д. Кроме того, информацию в световой пучок можно вносить, модулируя его как во времени (временные модуляторы), так и в пространстве (пространственные модуляторы). Но, поскольку создаваемое упругой волной пространственное распределение показателя преломления нельзя зафиксировать, то в пространственных АОМ выходной сигнал промодулирован также и во времени. В этом отличие АОМ от электрооптических пространственных модуляторов, в которых записанная информация может храниться без изменения длительное время.

Структура промодулированного излучения определяется как параметрами акустической волны, так и шириной светового пучка d. Если d больше пространственного периода модуляции упругой волны v/f_m, то имеет место пространственная модуляция света. При обратном соотношении d < v/f_m отдельные участки светового пучка испытывают приблизительно одинаковое воздействие звукового поля. Поэтому структура дифрагированного пучка близка к структуре падающего, и происходит лишь временная модуляция света.

Рассмотрим временные модуляторы интенсивности света. Они могут быть двух типов: с бегущей и стоячей акустической волной.

2.2. Временные модуляторы с бегущей акустической волной

Рассмотрим широкополосные акустооптические модуляторы, в которых используется бегущая ультразвуковая волна. Принцип их действия основан на зависимости интенсивности прошедшего через ячейку светового излучения от амплитуды упругой волны. Схема АОМ включает генератор ВЧ электрических колебаний 1 (рис. 2.1) и ячейку 2. Электрические колебания модулируются по амплитуде информационным сигналом s(t) и затем поступают на пьезопреобразователь 3. Частота несущих колебаний f₀ выбирается равной центральной частоте преобразователя. В ячейке возбуждается амплитудно-модулированная упругая волна, на которой дифрагирует световой пучок 4. Режим бегущих акустических волн обеспечивается поглотителем 5.

Дифракционные АОМ подразделяются на две группы: раман-натовские и брэгговские.

Раман-натовские модуляторы работают на относительно низких частотах ультразвука (около 10 МГц). При изменении амплитуды упругой волны модулируется интенсивность всех дифракционных максимумов. Если рабочими максимумами являются боковые 6, то в фокальной плоскости выходной линзы 7 располагается экран 8, задерживающий непродифрагировавший свет (рис. 2.1, а). Используется и другая схема модулятора, где через отверстия в экране пропускается максимум нулевого порядка, являющийся рабочим, а остальные - задерживаются. Недостатком этой схемы является невысокий контраст модуляции (отношение интенсивностей света в рабочем максимуме при наличии отсутствии акустического сигнала в ячейке).

Общим недостатком раман-натовских модуляторов является неширокая полоса модуляции Δ f. Стремление увеличить Δ f автоматически приводит к брэгговскому режиму дифракции.

Отличительная особенность схемы брэгговского модулятора заключается в том, что угол падения выбирается равным углу Брэгга (рис. 2.1, б). В качестве рабочих можно использовать максимумы, как первого, так и нулевого порядков. В первом случае интенсивность света изменяется синфазно с амплитудой упругой волны, а во втором модуляция имеет противофазный характер.