Акустооптический модулятор

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«»

 

 

 

Рейтинг за работу        ___________________________________________________

Преподаватель             __________________________________________.                                                                                 

                            

 

Реферат на тему:

Акустооптический  модулятор.

 

 

 

 

Работу выполнил

студент группы                                                                    

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

 

 

 

Содержание

1 Принцип действия

2 Тонкий модулятор (дифракция  Рамана-Ната)

3 Брэговский режим (толстый модулятор)

4 Характеристики АОМ

4.1 Дифракционный угол

4.2 Интенсивность

4.3 Частота

4.4 Фаза

4.5 Поляризация

4.6 Быстродействие

5 Материалы, используемые для  изготовления АОМ

6 Конструкция прибора

7 Изготовители

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Акустооптический модулятор.

 

1.Акустооптический модулятор — устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции на решётке, образуемой в стекле в результате пространственной модуляции показателя преломления акустической волной.

Акустооптические модуляторы основаны на акустооптическом эффекте  – изменении показателя преломления  вещества под воздействием ультразвуковых волн. Ультразвуковые волны возбуждаются в веществе с помощью пъезокристалла, на который подается сигнал от генератора с малым выходным сопротивлением и большой акустической мощностью.

Благодаря возникновению  участков сжатия и растяжения возникающих в стекле и различающихся показателем преломления в среде формируется дифракционная решётка. Световой пучок, дифрагируя на решётке, образует несколько выходных пучков (дифракционных порядков), разнесенных в пространстве под равными углами относительно друг друга.

В зависимости от толщины  стеклянного тела АОМ имеет некоторые  отличия в работе. В тонком модуляторе принцип работы не отличается от того как это описано ранее, но в  толстом — необходимо учитывать условия фазового синхронизма, , где  — волновой вектор падающего излучения,  — волновой вектор звуковой и оптической , дифрагировшей в первый порядок волны. В толстом модуляторе при правильном выборе угла падения входного луча и благодаря условию синхронизма можно возбудить в основном первый (или минус первый) порядок дифракции. Промышленность выпускает толстые модуляторы, тaк как они требуют звуковую волну меньшей мощности. Высокая эффективность дифрации в толстых модуляторах достигается из-за более широкой дифракционной решётки.

 

 

 

 

2.Тонкий модулятор (дифракция Рамана-Ната)

При ортогональном падении  света на поверхность кристалла  проходящий свет c длиной волны  и звуковой волной — дифрагирует под углом в несколько дифракционных порядков :

 

Акусто-оптический модулятор состоит из пьезоэлектрического модулятора (transducer), стеклянного тела (Quartz), в котором пьезоэлектрический преобразователь генерирует звуковые волн. Поглотитель (Absorber) поглощает прошедшую звуковую волну, создавая условия для установления дифракционной решётки бегущей волны. Проходящий свет рассеивается на решётке в несколько дифракционных порядков.

3.Брэговский режим (толстый модулятор)

Практический интерес  представляет случай, когда свет (лазерный пучок) направляется на стекло под углом  Брэгга. При этом наблюдается дифракция  Брэгга, при которой интенсивности  всех дифракционных максимумов, кроме  первого, становятся пренебрежимо малыми.

 

4.Характеристики АОМ

4.1Дифракционный угол

Длина волны звуковой волны  в стекле равна: , 
где  — скорость звука (см. таблицу ниже), а  — частота звука. При частоте модуляции 80 МГц (самая распространенная частота АОМ) и скорости звука в стекле ~3км/сек, длина волны звука в стекле составляет мкм, а угол отклонения дифрагированного луча первого порядка равен около 10 миллирадиан.

4.2Интенсивность

Интенсивность дифрагированных  лучей зависит от интенсивности  звуковой волны. Модулируя интенсивность  звуковой волны можно менять (нелинейно) интенсивность дифраированных лучей. Как правило, интенсивность луча нулевого порядка меняется от 15 % до 99 %, а интенсивность первого порядка — (0-80)%. Контрастность модуляции может достигать 1000.

4.3Частота

Частота дифрагированных  лучей вследствие эффекта Допплера изменяется по формуле

Такое смещение частоты обусловливается  также законом сохранения энергии  и импульса (фотонов и фононов). В некоторых АОМ акустические волны, распространяющиеся в противоположных  направлениях, создают стоячую волну, в результате частоты дифракционных  порядков не меняется.

4.4Фаза

Фаза дифрагированных  лучей также смещается на величину фазы звуковой волны.

4.5Поляризация

Звуковая волна наводит  двулучепреломление в стекле, поэтому поляризация света после прохождения модулятора может меняться.

 

Допустимая частота модуляции  для АОМ определяются упругооптическими свойствами акустической среды и может достигать 350 МГц (Эффективность АОМ на такой частоте не велика ~10-20 %).

4.6Быстродействие

Быстродействие АОМ ограничивается временем прохождения звуковой волны  через сечение светового пучка  , (где d — поперечный размер лазерного луча, v - скорость звука в материале ячейки) и составляет ~(2-10) мксек. АОМ может работать в режиме модулятора и дефлектора (т.е отклонять по углу падающий луч, при изменении частоты звуковой волны).

 

 

5.Материалы, используемые для изготовления АОМ

Материал	Оптический диапазон, мкм	Показатель преломления	Скорость звуковой волны, км/сек	Добротность 10 − 15m2 / W
Халькогенидное  стекло	1.0 - 2.2	2.7	2.52	164
Флинт SF-6	0.45-2	1.8	3.51	8
Кварцевое стекло	0.2-4.5	1.46	5.96	1.56
Фосфит галлия	0.59-10	3.3	6.3	44
Германий	2-12	4.0	5.5	180
Фосфат индия	1-1.6	3.3	5.1	80
Ниобат лития	0.6-4.5	2.2	6.6	15
Оксид теллура	0.4-5	2.25	5.5	1000

 

 

6.Конструкция прибора

Образцы выпускаемых промышленностью АОМ

 

Схема использования АОМ. Лазерное излучение с помощь линзы  фокусируется на АОМ(фокус линзы 20-30см). Чем меньше пятно фокусировки, тем лучше быстродействие АОМ.

Оптически полированное стекло с помощью пайки под давлением (metal pressure bonding) соединяется с пьезопреобразователем, изготовленным из ниобата лития. Толщина пластины ниобата лития выбирается из нужной частоты модуляции (вплоть до 1ГГц).