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      聲光效應(yīng)實驗原理及其應(yīng)用研究

      2018-12-13 08:48:20張博涵
      數(shù)字通信世界 2018年11期
      關(guān)鍵詞:聲光諧振腔調(diào)制器

      張博涵

      (中國人民大學(xué)附屬中學(xué),北京 100080)

      在上個世紀(jì)二十年代,由著名的光學(xué)領(lǐng)域研究專家L.N.布里淵從理論上對聲光衍射進(jìn)行了預(yù)測。之后,在二十世紀(jì)30年代,R.盧卡斯和P.比夸特等人先后看到了聲光衍射現(xiàn)象,從而見證了聲光衍射理論的可行性。在二十世紀(jì)六七十年代,關(guān)于聲光材料和聲光衍射的理論相繼得到了快速發(fā)展。從1976年之后,聲光技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展,聲光信號的處理成為了一個研究熱點。

      1 聲光效應(yīng)的實驗原理分析

      眾所周知,當(dāng)超聲波經(jīng)過介質(zhì)的時候,介質(zhì)會發(fā)生彈性的變形,這種變形不僅會隨時間改變,而且會隨空間發(fā)生變化,并且這種變化都是周期性的。最終,介質(zhì)出現(xiàn)疏密相間的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象跟相位光柵非常類似。從本質(zhì)上來講,聲光效應(yīng)就是對光通過聲波擾動的介質(zhì)時發(fā)生散射或者衍射的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的必須要有這幾個前提條件:光、聲波、介質(zhì)。在這里,還需要闡述下彈光效應(yīng)的含義,所謂的彈光效應(yīng),就是在垂直于光波傳播方向施加一個力,那么對于沿該力的方向偏振的光而言,介電常數(shù)會增加。彈光效應(yīng)在很多光線傳感器中進(jìn)行深入而廣泛的應(yīng)用。

      2 聲光效應(yīng)實驗原理的應(yīng)用

      2.1 聲光效應(yīng)在聲光調(diào)制中的應(yīng)用

      所謂的聲光調(diào)制,就是借助聲光效應(yīng)的原理進(jìn)行應(yīng)用的一個過程,在這個物理過程中,必須把信息加載在光頻載波上。在聲光調(diào)制的應(yīng)用中,需要用到電-聲換能器,這個器件的主要作用是實現(xiàn)電信號向超聲場的轉(zhuǎn)化。在光波經(jīng)過聲光介質(zhì)的前提下,光載波被調(diào)制為具有較強強度的調(diào)制波。如圖1所示為聲光調(diào)制原理圖目前,聲光調(diào)制應(yīng)用較為廣泛的兩種調(diào)制器分別是分拉曼—納斯型聲光調(diào)制器和布喇格聲光調(diào)制器。前者的主要特征是只能在低頻(通常頻率小于10MHz)環(huán)境下工作。后者的主要特征是調(diào)制帶寬較寬,衍射的效率也高。

      2.2 聲光效應(yīng)在聲光掃描中的應(yīng)用

      聲光掃描也是聲光效應(yīng)的一個典型應(yīng)用,其實質(zhì)就是通過聲光效應(yīng)的原理使光束進(jìn)行掃描偏轉(zhuǎn)。通過對聲光掃描器進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)跟布喇格聲光調(diào)制器大致一樣。聲光掃描器與布喇格聲光調(diào)制器的區(qū)別之處是后者能夠?qū)ρ苌涔獾膹姸冗M(jìn)行改變,而前者是只能對衍射光的方向進(jìn)行改變。在聲光掃描中,發(fā)生的偏轉(zhuǎn)有兩種形式,一種是光束連續(xù)偏轉(zhuǎn),另一種是分離的光點掃描偏轉(zhuǎn)。

      2.3 聲光效應(yīng)在聲光調(diào)Q中的應(yīng)用

      首先,我們需要了解下Q值的含義。所謂的Q值即對激光器中光學(xué)諧振腔質(zhì)量進(jìn)行評價的一個指標(biāo),通過這個指標(biāo),我們可以清晰地了解到光學(xué)諧振腔質(zhì)量的優(yōu)與劣。

      在這個公式中,有必要交代其中的字母的含義。其中W的含義是腔內(nèi)儲存的總能量;dw/dt的含義是光子能量的損耗速率,即單位時間內(nèi)損耗的能量;ν的含義是激光的中心頻率。

      聲光調(diào)Q的主要原理是在諧振腔中放置聲光介質(zhì),當(dāng)有超聲波通過的時候,聲光介質(zhì)發(fā)生一些改變,其密度會呈現(xiàn)周期性的改變,那么此時的介質(zhì)的折射率周期也會有改變,從而使光速偏轉(zhuǎn),此時的Q值處于較低的水平。假設(shè)沒有超聲波通過聲光介質(zhì),那么Q值基處于較高的水平,激光振蕩現(xiàn)象就有可能出現(xiàn)。通過上述聲光調(diào)Q的原理分析,我們不難發(fā)現(xiàn),聲光開關(guān)的開關(guān)能力不強,所以不適合在高能量調(diào)Q激光器中使用。如圖2所示為一種調(diào)Q激光器實物圖。

      圖1 聲光調(diào)制原理圖

      圖2 一種調(diào)Q激光器實物圖

      3 結(jié)束語

      在激光技術(shù)和超聲技術(shù)獲得飛速發(fā)展之后,聲光效應(yīng)的應(yīng)用越來越深入且廣泛。通過聲光效應(yīng),我們不僅能夠制作聲光調(diào)制器,還能制作聲光偏振器,還可以用來對激光束的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。不僅如此,其在集成光通信技術(shù)方面也能夠起到非常重要的作用。

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