Акустооптические модуляторы

Для акустооптической модуляции света обычно применяют режим Бэгга, так как модуляторы Рамана - Ната не дают широкой полосы частот, следовательно ограничены в применении. Вид дифракции определяют, используя параметр $Q$, равный:

где $L$ - длина звукового столба. Приближенно считают, что при $Q\ll 1$ имеет место дифракция Рамана -- Ната, при $Q\gg 1$ -- дифракция Брэгга.

Один и тот же акустический модулятор можно применять в разных системах модуляции. Диксон и Гордон описали гетеродинный способ модуляции, Хендерсон предложил частотные и импульсные параметры для удаленного на большое расстояние приемника, который регулирует некоторую часть отклоненного излучения. Чаще всего встречается случай амплитудной модуляции. Данный случай исследован Майданом. В его работах исследовались искажения импульсов света, которые возникают при прохождении акустических фронтов через конечную апертуру падающего пучка.

Амплитудный модулятор

Рассмотрим слабое акустическое поле и передачу модулятором акустических импульсов. Частотная характеристика модулятора определена суммарным влиянием частотной характеристики системы возбуждения звука и собственной частотной характеристикой модулятора. Пусть акустическая мощность не зависит от частоты. Пусть акустическое поле с частотой $f_0\ $смодулировано по амплитуде частотой $f_m=\frac{\Omega }{2\pi }$. Спектр акустического сигнала -- спектр модулированного сигнала, имеющего спектральные составляющие на частотах: $f_1=f_0-f_m\ и\ f_2=f_0+f_m\ .\ \ $В таком случае поле света, прошедшего дифракцию разложится в пространстве на 3 составляющие:

которые распространяются под разными углами. Оптические частоты компонент поля, подвергшегося дифракции отличаются от начальной частоты $\nu$ на $f_0-f_m\ и\ f_0+f_m$.

В том случае, если свет после дифракции направить на квадратичный фотоприемник, то фототок ($I_f$) содержит сигнал модулирующей частоты $f_m$:

Чаще всего встречается случай, когда $f_m\ll f_{0.}$ Тогда пространственные распределения полей $E_1и\ E_2$ считают одинаковыми и записывают:

Выражение (4) -- формула для частотной характеристики всякого акустооптического устройства, применимое для слабого акустического поля.

Акустические модуляторы часто работают при близких значениях расходимости светового и акустического полей.

Рассмотрим случай, когда поле подающей волны распределяется в плоскости дифракции по закону Гаусса:

где $r_m$ -- радиус пучка света, а его минимальном сечении (перетяжке). Пучок света падает под углом $\theta$ к фронту акустической волны. Пусть для центральной частоты ($f_0$) угол падения является Брэгговским ($\theta$=${\theta }_B(f_0)$). В таком случае распределение амплитуды поля после дифракции имеет вид:

Тогда выражение (4) представится как:

Для случая $\alpha \ll 1$ получим:

Полоса модулирующих частот на уровне $0,5$ определена формулой:

полоса модулятора при $\alpha \ll 1$ связана с конечным временем ($\tau$) пробега звуковой волны сквозь падающий пучок света.

При $\alpha \gg 1$ получают выражение:

Полоса моделирующих частот на уровне $0,5$ будет равна:

Компромисс между полосой и эффективностью модулятора достигается при близких соотношениях расходимости света и звука.