Акустооптические модуляторы света

Содержание

Слайд 2

Принцип действия акустооптических модуляторов света. Дифракция света на акустооптических волнах. Основы осуществления

Принцип действия акустооптических модуляторов света. Дифракция света на акустооптических волнах. Основы осуществления
питания акустооптических модуляторов

Мосалев Владислав
Борисов Михаил
Группа B3430

Слайд 3

Акустооптический модулятор света

Принцип действия
Тонкий модулятор
Брэгговский режим
Характеристики АОМ
Материалы, используемые для изготовления АОМ
Конструкция прибора
Применение

Акустооптический модулятор света Принцип действия Тонкий модулятор Брэгговский режим Характеристики АОМ Материалы,

Слайд 4

Акустооптический модулятор света

Устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции на решётке,

Акустооптический модулятор света Устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции
образуемой в стекле в результате пространственной модуляции показателя преломления акустической волной.

Слайд 5

Принцип действия

Принцип действия АОМ основан на дифракции света на бегущей ультразвуковой волне в оптически

Принцип действия Принцип действия АОМ основан на дифракции света на бегущей ультразвуковой
прозрачном материале (стекле). Бегущую ультразвуковую волну создает пьезоэлектрический преобразователь, присоединённый к стеклянной пластине.

Слайд 6

Благодаря появлению участков сжатия и растяжения, возникающих в стекле и различающихся показателем

Благодаря появлению 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), разнесённых в пространстве под равными углами относительно друг друга.

Слайд 7

При помощи апертуры из всех выходных лучей выделяется первый максимум, который существует

При помощи апертуры из всех выходных лучей выделяется первый максимум, который существует
только при наличии звуковой волны в модуляторе, и блокируются все остальные

Слайд 9

В толстом модуляторе при правильном выборе угла падения входного луча и благодаря

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, так как они требуют звуковую волну меньшей мощности. Высокая эффективность дифракции в толстых модуляторах достигается из-за более широкой дифракционной решётки.

Слайд 10

Тонкий модулятор (дифракция Рамана-Ната)

 

Тонкий модулятор (дифракция Рамана-Ната)

Слайд 11

Брэгговский режим (толстый модулятор)

Практический интерес представляет случай, когда свет (лазерный пучок) направляется

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

Слайд 12

Характеристики АОМ

Дифракционный угол
Интенсивность
Частота
Фаза
Поляризация
Быстродействие

Характеристики АОМ Дифракционный угол Интенсивность Частота Фаза Поляризация Быстродействие

Слайд 13

Дифракционный угол

 

Дифракционный угол

Слайд 14

Интенсивность

Интенсивность дифрагированных лучей зависит от интенсивности звуковой волны и угла поворота модулятора

Интенсивность Интенсивность дифрагированных лучей зависит от интенсивности звуковой волны и угла поворота
(Брэгговского угла). Модулируя интенсивность звуковой волны можно менять (нелинейно) интенсивность дифрагированных лучей. Как правило, интенсивность луча нулевого порядка меняется в пределах 15—99 %, а интенсивность первого порядка — 0—80 %. Контрастность модуляции часто превышает 1000 и может легко достигать 10 000 (40 дБ).

Слайд 15

Частота

 

Частота

Слайд 16

Фаза

Фаза дифрагированных лучей также смещается на величину фазы звуковой волны.

Поляризация

Звуковая волна наводит

Фаза Фаза дифрагированных лучей также смещается на величину фазы звуковой волны. Поляризация
двулучепреломление в стекле, поэтому поляризация света после прохождения модулятора может изменяться.

Слайд 17

Быстродействие

 

Быстродействие

Слайд 18

Чем меньше пятно фокусировки, тем лучше быстродействие АОМ, поэтому обычно модулятор размещается

Чем меньше пятно фокусировки, тем лучше быстродействие АОМ, поэтому обычно модулятор размещается
в фокусе линзы, при этом выходные лучи коллимируются второй линзой. Толстый модулятор требует применения длиннофокусной линзы; при правильной компоновке и юстировке возможно достичь быстродействия в примерно 20 нс. АОМ может работать в режиме модулятора и дефлектора (т. е. также отклонять по углу падающий луч при изменении частоты звуковой волны).

Слайд 19

Материалы, используемые для изготовления АОМ

Халькогенидное стекло
Флинт SF-6
Кварцевое стекло
Фосфит галлия
Германий
Фосфат индия
Ниобат лития
Диоксид теллура

Материалы, используемые для изготовления АОМ Халькогенидное стекло Флинт SF-6 Кварцевое стекло Фосфит

Слайд 20

Конструкция прибора

Оптически полированное стекло с помощью пайки под давлением соединяется с пьезопреобразователем,

Конструкция прибора Оптически полированное стекло с помощью пайки под давлением соединяется с
изготовленным из ниобата лития. Толщина пластины ниобата лития выбирается исходя из требуемой частоты модуляции (вплоть до 1 ГГц). Противоположная грань стеклянной пластины спиливается под углом, так что отраженная звуковая волна уходила в сторону, чтобы не возникала стоячая волна. Более того, на этой грани обычно размещается брусок из звукопоглощающего материала.

Слайд 22

АОМ обычно размещается в металлическом корпусе с отверстиями для ввода-вывода света и

АОМ обычно размещается в металлическом корпусе с отверстиями для ввода-вывода света и
РЧ-разъёмом для подачи модулирующего сигнала (обычно SMA или BNC). Возможно также исполнение прибора с волоконными входами и выходом, что позволяет его легко интегрировать в системы, работающие с оптоволокном.

Слайд 23

Применение

АОМ используются для быстрой модуляции и отклонения лазерных лучей, поэтому они находят

Применение АОМ используются для быстрой модуляции и отклонения лазерных лучей, поэтому они
широкое применение в оптических лабораториях как простой способ модулирования лазерного луча (высокоскоростной затвор). Использование АОМ внутри резонатора лазера позволяет управлять потерями резонатора и осуществлять активную модуляцию добротности или синхронизацию мод лазера.

Слайд 24

Дифракция света на акустооптических волнах

Дифракция света на акустооптических волнах

Слайд 25

Акустооптический эффект

Акустооптический эффект, известный в научной литературе также как акустооптическое взаимодействие или

Акустооптический эффект Акустооптический эффект, известный в научной литературе также как акустооптическое взаимодействие
дифракция света на акустических волнах, был впервые предсказан Бриллюеном в 1921 году и затем экспериментально обнаружен Люка, Бикаром и Дебаем, Сирсом в 1932 году.

Слайд 28

Для падающего света среда с показателем преломления представляет собой дифракционную решетку, движущуюся

Для падающего света среда с показателем преломления представляет собой дифракционную решетку, движущуюся
со скоростью звука V. Проходя через такую среду, свет дифрагирует на неоднородностях показателя преломления, формируя в дальней зоне характерную дифракционную картину.

Слайд 29

При рассмотрении дифракции света на монохроматической акустической волне в первую очередь выделяют

При рассмотрении дифракции света на монохроматической акустической волне в первую очередь выделяют
два предельных режима: раман-натовский и брэгговский.

Слайд 33

Четко выделенной границы между двумя описанными режимами дифракции не существует. С увеличением

Четко выделенной границы между двумя описанными режимами дифракции не существует. С увеличением
частоты ультразвука угловая селективность акустооптического взаимодействия возрастает, а число наблюдаемых дифракционных максимумов постепенно уменьшается. Традиционно раман-натовский и брэгговский режимы определяются условиями Q << 1 и Q >> 1 соответственно, где Q - параметр Кляйна-Кука. Поскольку только один дифракционный максимум используется в акустооптических устройствах (как правило, первый порядок), то брэгговский режим более предпочтителен из-за малых световых потерь. Но с другой стороны, акустооптическая селективность, присущая брэгговскому режиму, ограничивает частотный диапазон акустооптического взаимодействия и, как следствие, быстродействие акустооптических устройств и их информационную емкость.

Слайд 34

Но с другой стороны, акустооптическая селективность, присущая брэгговскому режиму, ограничивает частотный диапазон

Но с другой стороны, акустооптическая селективность, присущая брэгговскому режиму, ограничивает частотный диапазон
акустооптического взаимодействия и, как следствие, быстродействие акустооптических устройств и их информационную емкость.
Имя файла: Акустооптические-модуляторы-света.pptx
Количество просмотров: 39
Количество скачиваний: 0