Акустооптические устройства и их применение - Магдич Л.Н.
Скачать (прямая ссылка):
sin VW2 + а2
Е" (")=¦------------------. (1.50)
0 ' 71 \fW2 + а2 .
Первый из них, Е , пропорционален фурье-образу распределения поля падающего света (в данном случае - гауссова) или дифракционному распределению поля падающего света в дальней зоне. Ширина этого распределения бф равна 2X[nWo на уровне 1/е2 по интенсивности. Второй множитель в (1.48), EQ, приводит к тому, что распределение дифрагированного поля зависит, вообще говоря, от величины акустической мощности.
Рассмотрим решение (1.48) - (1.50) при слабом акустическом поле. В этом случае W-+0 и (L50) перепишется в виде
7lb
?.(<*)=----------^--------• (1.51)
sm - а
Выражение (1.51) описывает дифракционное распределение звука, излучаемого однородным преобразователем длиной L, в дальней зоне (дифракционная расходимость звука 60 равна Л/L на уровне 4/л2 по интенсивности).
Итак, при слабом взаимодействии распределение поля дифрагированного света в дальней зоне не совпадает с Дифракционным распределением поля падающего све-
29
та. Оно определяется произведением распределений поля падающей световой волны и акустического поля в дальней зоне. Отсюда следует вывод, что расходимость дифрагированного света определится наименьшей из дифракционных расходимостей взаимодействующих света и звука. В зависимости от соотношения расходимостей а здесь уместно рассмотреть три возможные ситуации.
1) a<k 1. Расходимость падающего света много меньше расходимости звука. Этот случай реализуется в де-
а) S) 3)
Рис. 1.10. Соотношение угловых распределений EQ и при слабом взаимодействии для различных значений параметра а
флекторе. Угловая ширина первого множителя в (1.48) значительно меньше ширины второго (рис. 1.10,а), и распределение поля дифрагированного света совпадает
с распределением поля падающего света Е
2) а^>1. Угловые соотношения между множителями Ео и Ев меняются на противоположные (рис. 1.10,6),
и распределение поля дифрагированного света совпадает с распределением акустического поля. Акустооптиче-ское устройство при а^> 1 также может работать как дефлектор, но поскольку теперь со звуком взаимодействует лишь небольшая часть падающего света, этот случай не интересен для практической реализации. На практике этот режим используют при визуализации акустического поля пьезопреобразователя (см. § 6.2).
3) 1. Акустооптическое устройство используется как оптический модулятор. Угловые расходимости света и звука сравнимы между собой (рис. 1.10,в) и распределение поля дифрагированного света определится произведением распределений нолей падающего света и акустической волны.
Из формул (1.40) и (1.47) легко получить выражение для эффективности акустооптического устройства, работающего с реальными расходящимися пучками в ела-30
бом.поле, в зависимости от параметра а:
T]a = 7l[|/'7Ki)erfa1 - ехр(-"%)+ Ща\, (1.52)
где a,=flw/2|/2; ¦")- эффективность дифракции для плоской волны! определяемая формулой Гордона (1.33);
2
2 Г
erfz=-y=- exp (-- x2)dx
о
__функция ошибок. Последнее выражение показывает,
что уменьшение эффективности дифракции расходящейся волны г[а по сравнению с эффективностью плоской волны г) не зависит от геометрии акустооптического устройства и определяется только величиной параметра а.
При сильном взаимодействии множитель EQ зависит от звуковой мощности согласно (1.50). Выводы, сделанные ранее относительно поля дефлектора (а<С1), сохраняются. Для а^1 и а" 1 распределение поля дифрагированного света будет определяться величиной акустической мощности.
2. Акустооптические модуляторы
2.1. Частотная и импульсная характеристики акустооптического модулятора
Для акустооптической модуляции света, как правило, используется брэгговский режим. Модуляторы света, работающие в режиме Рамана - Ната, не обеспечивают широкой полосы частот и находят ограниченное применение, за исключением некоторых специальных случаев в устройствах для обработки информации (гл. 5). Один и тот же акустооптический модулятор может быть использован в различных системах модуляции. Так, Диксону и Гордону [21] принадлежит описание гетеродинного способа модуляции, Хендерсон [22] рассмотрел частотные и импульсные характеристики для бесконечно удаленного приемника, регистрирующего небольшую часть отклоненного излучения. Наиболее распространенный случай амплитудной модуляции, когда на фотопри-
31
емник падает весь отклоненный световой пучок, исследован Майданом [20]. Этот вид амплитудной модуляции и будет разобран в настоящей главе. Но в отличие от работы Майдана, где определяются искажения световых импульсов, формирующихся при прохождении акустических фронтов через конечную апертуру падающего пучка, в этой главе будет изложен представляющийся нам более целесообразным частотный подход.
Определим частотную характеристику акустооптического модулятора (АОМ) при слабом акустическом поле и рассмотрим передачу модулятором акустических импульсов.
Предварительно сделаем следующее замечание. Частотная характеристика АОМ (ее не следует смешивать с частотной характеристикой дефлектора, которая будет рассмотрена в § 3.2) определится совокупным влиянием частотной характеристики системы возбуждения звука (пьезопреобразователем, согласующей системой и т. д.) и собственной частотной характеристикой модулятора, обусловленной особенностями акустооптического взаимодействия. Будем рассматривать только собственную частотную характеристику АОМ, пренебрегая влиянием тракта модулирующего сигнала, т. е. будем считать, что акустическая мощность не зависит от частоты. То же самое будем впоследствии предполагать и по отношению к акустооптическим дефлекторам.
