Svet_i_zvuk_vzaimodeystvie_v_srede (1239103), страница 7
Текст из файла (страница 7)
е. осуществлять его частотную фильтрацию, а также выполнять над сигна. лами другие более сложные операции. Основой этих Операций яВляется Важное свойство дифракции света на звуке — преобразование частотного спектра акустической Волны в угловой Спектр дифрагировянного све. та, при котором каждой звуковои частоте соответствует строго определенное направление распространения ди. фрагированного света. Измеряя угловое распределение интенсивности ди.
фряГированнОГО света, мОжнО получить данные О чя стОтном спектре сиГнала. ПоместиВ на пути дифрагиро ванного света оптические транспаранты с изменяющей. ся по их площади прозрачностью, можно изменять уГ лОВОе распределение дифраГирОВаннОГО сВета и пОлу~ чать на Выходе фотоприемноГО устройстВЯ фильтрован~ ный: электрический сигнал. Особенно наглядно достоин. стВЯ акустооптических процессорОВ проявляются В уст ройствах для сложной частотной фильтрации сигналов.
Простейшим примером такого прибора является фильтр сжатия радиоимпульсОВ, В котором длинный радиоимю пульс сжимается во времени в десятки и даже в сотни раз. Подобную операцию обычно выполняют с помощью дисперсионного устройства, в котором время задержки Сигнала зависит от Частоты так, что при ЛинеЙИОЙ модуляции частоты импульса его длительность на выходе расширяется или сжимается в соответствии с законами дисперсии и модуляции частоты. В качестве такого дис~ персионного устроЙСТВЯ Может Служить акустооптиче. екий процессор, схема которого показана на рис. 9.
Его работа Основана на .Том, что углы Отклонения Света От разных участкоВ импульса отличаются и3-32 различия частот звука. В результате дифрагированный свет ИЯ, некотором расстоянии Р от звукопровода образует уменьшенное изображение звуковой волны: акустиче. ская волна с линейной модуляцией частоты играет для дифрагированного света роль линзы. Изображение движется В напрэВлении распространения зВука и со ском ростью последнего. На выходе фотоприемного устройства, расположенноГО В плОскОсти Р, Возникает сжатый сигнал. В акустооптических фильтрах сжатия достигну. ты коэффициенты сжатия импульсоВ В.
сОтни ра3. В Котором возбуждается акустическая ВОЛНЯ, модулиро- ванная сигналом гф. После прохождения фильтра свет собирается;на фотоприемном устройстве (ФП), на вы- ходе которОГО ',ВОзйнкяет сигнал, пропорциОняльный функции корреляции сиГЙялОВ 5 и г, Акустооптические устройства используются в современной оптике, оптоэлектронике, лазерной и СВЧ-технике как для упрявлЕНКЯ СВЕтОВЫм Л7ЧОм, тяК и В Ка~ честве процессоров.
Их отличает универсальность, бы. стродейстВие и простота конструкции. Следующим важным шагом. в'развитии акустоопти- КИ ЯВИЛОСЬ ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЗЗИМОДЕИСТВИЯ СВЕТЯ С ЯКУСТИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТНЫМИ ВОЛНЯМИ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛБОВОДИЫХ СИСТСМЗХ., До сих пор наш рассказ был посвящен взаимодейстВию светя и Звука, при котором наличие границ В среде было несущественным. В этом разделе мы расСмотрим эффекты якустоОптической ДифРакции В оптических ВолнОВОдях, Где канализируемые сВетоВые Волны взаимодействуют с поверхностными акустическими волнами. СВетОВОдные: якустооптические '. устройства, ня ряду с прочими достоинствами планарной технологии, ПОЗВОЛЯЮТ СУЩЕСТВЕННО УМЕНЬШИТЬ ПОДВОДИМЫЕ К ЯКУ стооптическОЙ.
ячейке упряВляющие мощности, посколь ку в поверхностной волне переносимая энергия сосре40тОчиВяется В тОнкОм приповерхностном слое толщи ИОЙ ЙОрядка длины звукОВОЙ Волны. ., Планарная Волноводная система представляет собой массивный образец, подложку, на которой имеется тонкий слой прозрачного материала, показатель преломления которого имад больше показателя преломления ПОдложки пподд. Хорошие Волноводные сВОЙства слОК обеспечиваются уже в том случае, когда разность показателей преломления составляет всего лишь несколь- КО прйцентов. Достигается эта разница либо путем внед-.
рения в подложку на небольшую глубину некоторого Количества примесеЙ, либо нанесением на нее тонкого слоя дуугого материала. Толщина волновода сравнима С,, ДЛИБОИ СВЕТОВОЙ ВОЛВЫ. СВетОВяя .Волна, распростряняЮщаяся. В слОе, Обыч. ф~~ но выходит из него в подложку. Исключение составляют волны, распространяющиеся под малым углом к границам слоя и испытывающие на Границах полное Внут~ реннее отражение.
Такие волны оказываются запертыми Внутри слоя, и для них ВОзмОжнО тОлькО распрост ранение вдоль слоя. Волноводное распространение возникает в том случае, когда компонента 1~1 волнового вектОра-света В слое, параллельная еГО Границам, Оказывается больше волнового вектора света в подложке. Световая волна будет многократно отражаться от границ слоя. Интерференция отраженных волн должна приводить к образованию стоячей волны. Стоячая волна устанавливается лишь при определенных значениях поперечноЙ компоненты А ~ волнового 'вектора, зависящих от ТОЛщины слоя, но не зависящих от световой частоты. Каждому разрешенному значению ~ отвечает свое распределение электромагнитных полей в поперечном сечении слоя, В то же время вдоль слОЯ моГут бежать Волны с различноЙ продольноЙ ком" понентоЙ волнового вектора и соответственно с различной частотой.
Набор волн, отвечающих определенному значению Й,, называют волноводной модой. Каждой моде соответствует своя зависимость сти распространения От частоты и СВОИ предельная ча стота отсечки, ниже которой колебание с такоЙ частотой и Таким распределением электромагнитных полей существовать не может, Световые волны с поперечной Компонентой волнового вектора, соответствуюшеЙ данной моде, и а частотами ниже предельной будут выходить из слОИ В подложку, КаждОЙ моде и соответстВует В плоскости Волновод НОГО СЛОЯ СВОЯ ЛИНИЯ ВОЛНОВЫХ ВЕКТоро — ГЕОМЕТРИ- ческое место кОнцОВ ВОлнОВых ВектороВ, ОтВечающих Од' ВОЙ и тОБ ИО чэстОтО О, В волноводе независимо друг От друга может распространяться несколько мод, для которых частота сВета превосходит СООтветствующие частоты Отсечки, Вы.
бором сбетветствувщего угла ввода авета можно возбуждать в волноводе ту или иную моду. Мы не будем специальне обсуждать цроблему ввода (или вывода) ОптическоГО излучениЯ в ВолнОВОд, укаЩем только, что он осуществляется обычно О помощью призм, решеток или клинОббразно сужающихся пленок. В' 'плана рных яистфмах Основной интерес представ" 48 ляет взаимодействие оптических мод с рэлеевскими волнами ввиду высокой эффективности такого взаимодействия и простоты Генерации этОГО Вида поверхностных волн. Возбуждение поверхностных акустических волн осуществляется с помощью Встречно-штыревых преобразоВателей, идея работы которых состоит В следующем.
Если переменное электрическое напряжение приложить к периОдической системе электродов, нанесенной на поВерхность слоя, то В пьезоэлектрическоЙ подложке Возникнет переменная и периодическая в пространстве упругая сила. Эта сила возбуждает поверхностную волну в направлении, перпендикулярном отдельному электроду. Современные преобразователи позволяют Генерровать поверхностные Волны значительноЙ ннтенсиВнО- сти в широком диапазоне частот от десятков мегагерц ВплОть дО нескольких Гигагерц. При одновременном распространении в планарнои волноводе оптических мод и поверхностных акустических волн возникают эффекты дифракции, в результате которых появляется сВет, распространяющиЙся В пловолновода, но отклоненныЙ От своего первона- чальнОГО напраВления. Для эффективной дифракции необходимо выполнение соответствующих условий синхронизма. При этом следует иметь В Виду, что даже В изотропной ВолноВОДИОЙ системе для различных оптических мод ОДНОЙ и той же частоте отвечают различные значения волно- НОГО Вектора.
СледоВательно, В плоскости Волнйвода возникают различные линии волновых векторов. Поэтому при взаимодеЙСТВИИ канализируемых световых Волн с поВерхностными акустическими Волнами Возможна как дифракцня света без изменения номера моды, аналогичная обычной брэгговской дифракции, так и дифракция, при котороЙ и падающиЙ и дифраГированный сВет принадлежит к оптическим модам, различающимся либо номерами, либо поляризациями. Законы акустооптнческой дифракции,. прн котороЙ дифраГирОВанный сВет принадлежит к иной моде, нежели падающий, аналогичны закономерностям анизотропнОЙ дифракции, ВОзникающей при Взаимодействии сВета со ЗВуком В ДВупреломляющей среде.
Особым случаем дифракцин в волноводной системе, не имеющим аналоГа при акустооптическом ВзаимодеЙ- стВии В Ооъеме, является дифракция ВолноводнОЙ мОды иа встречной акустической волне с излучением световой Волны, Выходящей из ВолнОВОда В подложку. Выход В подложку возможен, если ВОЛНОВОЙ вектор Й'~1' дифряги- ровяннОГО светя Оказывается меньше ВолноВОГО Вектора СВЕТЯ В ПОДЛОЖКС. При пляВном изменении частоты звука Й=дО УГОЛ Выхода будет также меняться и выходящий луч будет перемещаться В плОскОсти, перпендикулярнОЙ плОскО- сти волновода. Если одновременно сканировать световой луч в плоскости Волновода с помощью одной поверхнО- стнОЙ зВуковоЙ ВОлны и Осуществлять упраВляемый выход луча из волновода с помощью другой акустиче- скОЙ волны, то В такой ВолноводноЙ якустооптической системе МОжнО Осуществлять дВухмерное сканирование световым лучом (рис.
11). В Волноводных системах распределение кяк электромагнитных полей для ОптическоЙ мОды, тяк 'и поля деформаций в поверхностной акустической волне существенно .неоднородно в поперечном сечении волновода. Поэтому эффективность акустооптической дифракции в такой системе сильно зависит от степени перекрытия 9ТИХ ПОЛ0ц.
Эффективность максимальна, когда глубины проникновения светя и звука в глубь волноводной системы одинаковы, Толщина волновода подбирается из условия малости числа мод, распространение которых воз- МОЖНО В ВОЛНОВОДЕ. ЭТИ УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЯЮТ ТОЛЩИНЫ световода порядка 1 — 3 мкм и оптимальные частоты иоВерхностных акустических ВОлн, лежащие В дияпязОне от 300 до 800 МГц. Акустооптическая дифракция в планарных структу'- рах используется для создания тех же устроЙстВ, что и эффекты якустооптического взаимодействия объемных ВОЛИ.,~Зяжными достоинствами волнОВОдных якустооптических устройств являются малые управляющие мощ-. НУЮ ТЕХНОЛОГИ10, Ормы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
