介紹了聲光調(diào)制器的原理并介紹了聲光調(diào)制器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
聲光效應(yīng)是指一束光通過變化的聲場時,由于光和超聲場的相互作用,其出射光就具有隨時間而變化的各級衍射光,聲光調(diào)制是基于聲光效應(yīng)而實現(xiàn)的。它由聲光介質(zhì)、電-聲換能器、吸聲(或反射)裝置及驅(qū)動電源等組成,如圖1:
圖1聲光調(diào)制器原理
圖中聲光介質(zhì)是指聲光相互作用的區(qū)域。當(dāng)一束光通過變化的聲場時,由于光和超聲場的相互作用,其出射光就具有隨時間而變化的各級衍射光,利用衍射光的強度隨超聲波強度的變化而變化的性質(zhì),就可以制成光強度調(diào)制器;
電-聲換能器(又稱超聲發(fā)生器)可以利用某些壓電晶體(如石英、LiNbO3等)或壓電半導(dǎo)體(如CdS、ZnO等)的反壓電效應(yīng),在外加電場作用下產(chǎn)生機械振動而形成超聲波,因此它起著將調(diào)制的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率的作用;
吸聲(或反射)裝置放置在超聲源的對面,用以吸收已通過介質(zhì)的聲波(工作于行波狀態(tài)),以免返回介質(zhì)產(chǎn)生干擾,但要使超聲場為駐波狀態(tài),則需要將吸聲裝置換成聲反射裝置。
放大電路用以放大信號發(fā)生器的調(diào)制電信號施加于電聲換能器的兩端電極上,驅(qū)動聲光調(diào)制器(換能器)工作。布喇格聲光衍射的情況下,只有0級和1級光,有關(guān)理論和推導(dǎo)部分請參考郁道銀老師主編的第四版《工程光學(xué)》中第十五章第九節(jié)聲光效應(yīng)部分,這里不再詳細(xì)介紹。下面通過一個視頻了解一下具體的器件結(jié)構(gòu):
??視頻1 聲光調(diào)制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 通過視頻2可以看到聲光調(diào)制器的具體工作情況: ?視頻2聲光調(diào)制器如何工作?
聲光調(diào)制器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:光通信領(lǐng)域、激光雷達領(lǐng)域和光纖傳感領(lǐng)域。例如在光通信領(lǐng)域中,高速光調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是實現(xiàn)高速光通信的關(guān)鍵技術(shù),而聲光調(diào)制器則是其中的核心器件。使用聲光調(diào)制器可以將電信號轉(zhuǎn)換成光信號,從而實現(xiàn)光通信過程中的高速調(diào)制和解調(diào)。
光學(xué)專業(yè)的朋友比較熟悉的調(diào)Q技術(shù)是評定激光器中光學(xué)諧振腔質(zhì)量好壞的指標(biāo)-品質(zhì)因數(shù)。Q值定義為在激光諧振腔內(nèi),儲存的總能量與腔內(nèi)單位時間損耗的能量之比。聲光調(diào)Q是非常成功中的方法之一,參考資料也是比較多,這里不再贅述。
外差干涉儀現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于測速、測長、測角、測振、測表面光潔度、測激光束通過湍流時光束的擾動,獲得了比零差(DC)干涉儀更高的精度。外差干涉儀中兩種不同頻率的光束可由兩只穩(wěn)頻的激光器提供,也可以利用磁光、電光、聲光效應(yīng)或旋轉(zhuǎn)光柵盤的衍射效應(yīng)提供。視頻3介紹使用聲光調(diào)整器實現(xiàn)了外差干涉儀,簡單介紹了DC(直流干涉,干涉光的兩個頻率一樣)干涉儀和AC(交流干涉,干涉光的兩個頻率不一樣)干涉儀:
眾所周知,光速是光波或電磁波在真空或介質(zhì)中的傳播速度,c=299792458m/s(來源于百度百科)。1607年,伽利略進行了最早的測量光速的實驗。此后科學(xué)家們前赴后繼的進行了一次又一次的測量實驗,測量精度也一次次的被提高。在一定程度上,光速的測量精度反映了當(dāng)前的科技水平。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:進階光學(xué):聲光調(diào)制器
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