Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Характеристики модуляторов с бегущей волной



 

Одной из важнейших характеристик АОМ является полоса модуляции Δf. В первую очередь она определяется полосой преобразователя условиями согласования преобразоателя с ВЧ-генератором. Кроме того, есть ограничения полосы модуляции, обусловленные особенностями акустооптического взаимодействия. Остановимся на них подробнее.

Рассмотрим работу АОМ в режиме импульсной модуляции света. Предположим, что на преобразователь поступает сигнал в виде радиоимпульса с бесконечно крутым фронтом (рис. 2.2, а) и без искажений преобразуется в акустическую волну.

Отклик модулятора будет представлять собой импульс с конечной длительностью фронта τф (рис. 2.2, б), поскольку интенсивность дифрагированного света достигнет стационарного значения лишь спустя промежуток времени, необходимый для заполнения ультразвуком всей области взаимодействия. На рис. 2.3 в упрощенном виде изображена геометрия взаимодействия в АОМ.

Введем безразмерные параметры: нормированный угол Брэгга , и параметр Гордона (φL и φS - угловые расходимости светового и звукового пучков соответственно)

Как видно из рис. 2.3,

, (2.1)

При G <<1 τф ~ τ и полоса модуляции максимальна: Δf ~ τф-1.

С ростом G все большую роль начинает играть второе слагаемое в (2.1), отражающее объемный характер взаимодействия. Время τф возрастает, а полоса модуляции соответственно сужается.

При G >> 1 Δ f = 2/(τG|ΘB|).

Таким образом, для повышения быстродействия модулятора необходимо предельно уменьшать размеры области взаимодействия. На практике модулируемый пучок приходится фокусировать в ячейку, причем наибольшая полоса модуляции получается, когда перетяжка пучка находится в центре области взаимодействия (рис. 2.1, б). Минимальная апертура пучка определяется условием существования дифракции: d > Λ0 . Учитывая (2.1), получаем ограничение на полосу модуляции: Δf f0. Отсюда следует, что наиболее эффективный путь повышения быстродействия - это увеличение частоты несущих колебаний.

Другой важной характеристикой модулятора является потребляемая акустическая мощность Ра , которая через параметр q определяет эффективность модуляции ζ. Между этими характеристиками существует противоречивая связь: изменение любого параметра ячейки, приводящее к улучшению одной из характеристик, сопровождается ухудшением другой. Так, максимальная полоса Δf достигается при малых значениях параметра Гордона. Но реально условие G<<1 означает необходимость использования «тонкого» акустического пучка с малой длиной взаимодействия l, что требует большой управляющей мощности. Учитывая это обстоятельство, обычно оптимизируют параметры модулирующей ячейки по максимуму отношения полосы модуляции к потребляемой мощности (при фиксированном ζ) или по максимуму произведения полосы на эффективность модуляции (при фиксированном Ра).



Оценивая потребляемую модулятором мощность, следует также учитывать потери при преобразовании электрического сигнала в акустическую волну. В области десятков мегагерц их удается довести до 1…3 дБ. Но с ростом частоты ультразвука потери увеличиваются и к гигагерцовому диапазону достигают 10 дБ и более.

При увеличении полосы модуляции оптимальные размеры преобразователя быстро уменьшаются. Например, при Δf = 300 МГц и λ = 1,15 мкм модулятор из As2S3 должен иметь преобразователь с размерами l = 26 мкм и b = 15 мкм. Расходимость ультразвуковой волны при этом возрастает настолько, что возникают трудности с юстировкой светового пучка. Кроме того, с ростом Δf резко, пропорционально (Δf)3, увеличивается плотность акустической мощности, а значит, и нагрузка на преобразователь. В таких случаях может быть полезно применение анизотропной дифракции с углом ΘB =0, которая не требует жесткого согласования расходимостей пучков света и звука.

Другой вариант заключается в применении цилиндрического пьезопреобразователя (рис.2.4). Эффективная длина взаимодействия в этом случае соответствующим выбором параметров преобразователя может быть доведена до оптимальной величины.

Третий вариант создания АОМ с малыми световыми потерями: использование специальных срезов кристаллов, обеспечивающих широкий угловой диапазон акустооптического взаимодействия. Такие срезы позволяют даже сильно расходящиеся световые пучки модулировать с практически 100%-ной эффективностью. Для сохранения широкой полосы модуляции необходимо, чтобы на рабочей частоте угол Брэгга был равен нулю. Оно выполняется в двуосных кристаллах, когда плоскость взаимодействия проходит через оптические оси.



 

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2017 год. Все права принадлежат их авторам!