Акустооптические устройства кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое акустооптические устройства , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое акустооптические устройства , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Акустроэлектроника и акустооптика.

 Акустооптические дефлекторы и сканеры - устройства для управления направлением светового луча в пространстве. Сканеры предназначаются для непрерывной развертки луча; в дефлекторе имеется набор фиксированных направлений, по которым должен отклоняться световой луч. В дифракционном дефлекторе (рис. 1) луч света падает на АОЯ, в которой возбуждается звуковая волна частоты f и в результате брэгговской дифракции частично отклоняется. При изменении f меняется и угол отклонения дифрагированного луча, и луч перемещается по экрану фотоприемного устройства. Использование частотно-модулированных звуковых сигналов позволяет управлять направлением светового луча. Чтобы изменить направление дифрагированного луча при неизменном угле падения света на АОЯ, необходимо одновременно с частотой менять и направление распространения звуковой волны, так чтобы условие Брэгга выполнялось повсюду внутри интервала  звуковых частот - т. н. полосы пропускания дефлектора. определяет и др. параметры прибора: максимальное угловое перемещение луча дифрагированного света

    и разрешающую способность N, т. е. число различимых положений светового луча в пределах  . Разрешающая способность определяется величиной  и угловой расходимостью  светового пучка:

    где d - поперечный размер светового пучка. Важной характеристикой устройств пространственного управления лучом является также эффективность дифракции  отношение интенсивности I1отклоненного света к интенсивности I2 падающего. В простейшем случае условия Брэгга выполняются благодаря расходимости акустического пучка. Расходящийся пучок можно рассматривать как совокупность плоских волн, волновые векторы которых лежат внутри углового интервала  . Для заданной частоты звука f дифракция будет происходить лишь на той компоненте пучка, для которой волновой вектор удовлетворяет условию Брэгга. При изменении f этому условию удовлетворяет уже другая компонента пучка. При использовании изотропного материала в качестве рабочего тела АОЯ  , где D - поперечный размер звукового пучка,  - длина волны звука. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В соответствии с этим полоса пропускания  и разрешающая способность N оказываются пропорциональными расходимости акустического пучка:

    Для дефлектора с высокой разрешающей способностью требуется значительная расходимость звукового пучка, а, следовательно, его минимальная ширина D. Уменьшение эффективности  , вызванное уменьшением длины акустооптического взаимодействия, компенсируют увеличением вводимой акустической мощности. Однако с увеличением N падает эффективность использования этой мощности, т. к. на дифракцию света расходуется лишь 1/N ее часть. Применение в АОЯ двулучепреломляющих материалов позволяет существенно улучшить характеристики дефлекторов. С этой целью используется анизотропная дифракция света вблизи мнимого значения угла Брэгга  . При падении света на звуковой пучок под углом  небольшая расходимость звукового пучка обеспечивает выполнение условия Брэгга для достаточно широкого диапазона акустических частот, а, следовательно, и значительный интервал углов отклонения дифрагированного света. Это позволяет пользоваться широким акустическим пучком, что снижает акустическую мощность, необходимую для получения высокой эффективности дифракции  , и дает значительный выигрыш в разрешении по сравнению с дефлекторами, в которых используются изотропные материалы. Однако рабочие частоты таких приборов лежат обычно в гигагерцевом диапазоне. Управлять дифрагированным лучом можно используя т. н. фазированную решетку излучателей - ступенчатую систему сдвинутых по фазе преобразователей, параметры которой подбираются таким образом, чтобы фронт волны, отвечающей центральной частоте полосы пропускания, был параллелен плоскости отдельного преобразователя, а при изменении частот фронт поворачивался бы так, чтобы компенсировать соответствующее приращение угла Брэгга. Этот способ возбуждения звука позволяет в несколько раз увеличить полосу пропускания и разрешающую способность дефлекторов. Существуют акустооптические дефлекторы, осуществляющие двухкоординатное отклонение светового луча. В этом случае используются два скрещенных одномерных дефлектора, которые могут быть совмещены в одной акустооптической ячейке, если в ней возбуждаются акустические волны в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Современные дефлекторы позволяют получать  разрешимых элементов со временем перехода от одного элемента к другому порядка  с. Доля отклоненного света достигает нескольких десятков процентов при потребляемой акустической мощности 0,1 - 1 Вт. В устройствах, основанных на акустооптической рефракции, отклонение светового луча осуществляется в результате искривления его пути при прохождении через среду, в которой стоячей или бегущей звуковой волной создается неоднородная деформация. Такие устройства представляют собой относительно низкочастотные приборы (  МГц), осуществляющие развертку светового пучка по синусоидальному закону. КПД рефракционных устройств мал, т. к. лишь ничтожная часть звуковой энергии, заключенной в объеме АОЯ, расходуется на отклонение светового луча.

    Акустооптические модуляторы - приборы, управляющие интенсивностью световых пучков на основе перераспределения световой энергии между проходящим и дифрагированным светом. Обычно используется модуляция дифрагированного света, т. к. 100%-ная модуляция проходящего излучения требует значительных акустических мощностей 
 

    Акустооптические фильтры - устройства, позволяющие выделить из широкого спектра оптического излучения достаточно узкий интервал длин световых волн, удовлетворяющих условию Брэгга. Изменяя частоту звука, можно выделяемый интервал перемещать по оптическому спектру в широких пределах. 
 

    Акустооптические процессоры. Акустооптические приборы, рассмотренные выше, служат основой для создания устройств обработки СВЧ-сигналов - т. н. процессоров, которые, в отличие от цифровых вычислительных машин, позволяют производить обработку информации в реальном масштабе времени. В акустооптическом процессоре переменный во времени электрический сигнал преобразуется электроакустическим преобразователем в УЗ-волну, которая, распространяясь в АОЯ, создает пространственное звуковое изображение сигнала. При дифракции света на звуковом сигнале в дифрагированном излучении возникает оптическое изображение сигнала, которое затем обрабатывается с помощью различных оптических элементов: линз, зеркал, диафрагм, транспарантов и др. Обработка сигнала осуществляется путем одновременного считывания всей запасенной в звуковом импульсе информации. Акустооптические процессоры осуществляют быстрое, в реальном масштабе времени, фурье-разложение СВЧ-сигнала, частотную фильтрацию сигнала, нахождение функции корреляции исследуемого сигнала с заданным и другие операции. 
 

    Акустооптический коррелятор предназначен для нахождения функции корреляции двух сигналов исследуемого S(t) и опорного r(t):

    Акустооптические фильтры - устройства, позволяющие выделить из Действие коррелятора основано на оптическом перемножении изображений этих сигналов. Свет в акустооптическом модуляторе, дифрагируя на звуковой волне, модулированной сигналом S(t), формирует оптическое изображение этого сигнала. Далее дифрагированный свет проходит через пространственный фильтр, пропускание которого меняется по закону r(x) и собирается на фотоприемном устройстве, на выходе которого возникает сигнал, пропорциональный функции корреляции  . В качестве пространственного фильтра может использоваться второй акустооптический модулятор, в котором УЗ-волны модулируются сигналом r(t). 
 

Подробнее о приборах основанных на акустооптическом эффекте вы можете прочитать тут:

- Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. – М.: Радио и связь, 1985. – 280 с;

- http://www.electronics.ru/issue/2004/6/23 

Информация, изложенная в данной статье про акустооптические устройства , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое акустооптические устройства и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Акустроэлектроника и акустооптика

Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про акустооптические устройства