声光调制技术ppt课件.pptx
黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-31 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。种物理过程。 调制信号是以电信号调制信号是以电信号(调辐调辐)形式作用于电形式作用于电-声换能器上，声换能器上，电电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为为“携带携带”信息的强度调制波。信息的强度调制波。 声光调制声光调制技术技术黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-32 声光体调制器是由声光介质、电声光体调制器是由声光介质、电声换能器、吸声声换能器、吸声(或反或反射射)装置及驱动电源等所组成。装置及驱动电源等所组成。 (1)声光介质声光介质，声光介质是声光互作用，声光介质是声光互作用的场所。当一束光通过变化的超声场的场所。当一束光通过变化的超声场时，由于光和超声场的互作用，其出时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射射光就具有随时间而变化的各级衍射光，利用衍射光的强度随超声波强度光，利用衍射光的强度随超声波强度的变化而变化的性质，就可以制成光的变化而变化的性质，就可以制成光强度调制器。强度调制器。声光调制器结构声光调制器结构吸声装置吸声装置Laser inLaser out(2)电电声换能器声换能器(又称超声发生器又称超声发生器)(3)吸声吸声(或反射或反射)装置装置(放置在超声源的对面放置在超声源的对面)。(4)驱动电源驱动电源 它用以产生调制电信号它用以产生调制电信号施加于电施加于电声换能器的两端电极上，声换能器的两端电极上，驱动声光调制器驱动声光调制器(换能器换能器)工作。工作。黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-33 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号过程。调制信号是以电信号(调辐调辐)形式作用于电声换能器上而转形式作用于电声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为声光作用，使光载波受到调制而成为“携带携带”信息的强度调制波。信息的强度调制波。 由前面分析可知，无论是由前面分析可知，无论是拉曼拉曼纳斯衍射纳斯衍射，还是，还是布拉格衍射布拉格衍射，其衍射效率均与附加相位延迟因子其衍射效率均与附加相位延迟因子 有关，而其中声有关，而其中声致折射率差致折射率差n正比于弹性应变幅值正比于弹性应变幅值S，而，而S声功率声功率Ps，故当声波，故当声波场受到信号的调制使声波振幅随之变化，则衍射光强也将随之做场受到信号的调制使声波振幅随之变化，则衍射光强也将随之做相应的变化。相应的变化。9.3.1 声光调制器的工作原理声光调制器的工作原理 21sin/2iII2/cosinL22122sin ()sin ()2 cos2 cossssiiiIMLLPI MIHL2112sin2cosiinLII黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-34(1)(1)、拉曼、拉曼- -纳斯型声光调制器纳斯型声光调制器 调制器的工作原理如图调制器的工作原理如图1(a) 所示，工作声源频率低于所示，工作声源频率低于10MHz。只限于低频工作，带宽较小。只限于低频工作，带宽较小。 入射光入射光 衍射光衍射光 调制信号调制信号图图1 拉曼拉曼-纳斯型声光调制器纳斯型声光调制器黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-35衍射光衍射光调制信号调制信号入射光入射光图图2 声光调制器布喇格型声光调制器布喇格型(2)(2)、布喇格型声光调制器、布喇格型声光调制器 布喇格型声光调制器工作原理如图布喇格型声光调制器工作原理如图2所示。所示。黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-36布拉格声光调制特性曲线与电光强度调制相似。由图可以看出：布拉格声光调制特性曲线与电光强度调制相似。由图可以看出：衍射效率衍射效率与超声功率与超声功率Ps只是非线性调制曲线形式，为了使调制不只是非线性调制曲线形式，为了使调制不发生畸变，则需加超声偏置（类似于电光调制中的偏压发生畸变，则需加超声偏置（类似于电光调制中的偏压V /4 =V/2 ），使其工作在线性较好的区域。），使其工作在线性较好的区域。 tPsId(fm)fm(Is)0Ps1/2声光调制特性曲线声光调制特性曲线黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-37 对于布拉格型衍射，其衍射效率由前面的式给出。布拉格对于布拉格型衍射，其衍射效率由前面的式给出。布拉格型声光调制器工作原理如型声光调制器工作原理如(b)所示。在声功率所示。在声功率Ps (或声强或声强Is )较小较小的情况下，衍射效率的情况下，衍射效率 s 随声强度随声强度Is单调地增加单调地增加(呈线性关系呈线性关系)； 式中的式中的cosB因子是考虑了布拉格角对声光作用的影响。因子是考虑了布拉格角对声光作用的影响。由式可见，若对声强加以调制，衍射光强也就受到调制了。由式可见，若对声强加以调制，衍射光强也就受到调制了。布拉格衍射必须使入射光束以布拉格角布拉格衍射必须使入射光束以布拉格角B入射，同时在相对入射，同时在相对于声波阵面对称方向接收衍射光束时，才能得到满意的结果。于声波阵面对称方向接收衍射光束时，才能得到满意的结果。布拉格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。布拉格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。21( )sin/2(0)siI LI2222212222sin ()sin ()2cos2 cos2 cosssssiBBBL I MIMLLPI MIHL黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-389.3.2 9.3.2 调制带宽调制带宽 调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否无畸变地传输信息的一个重要指标，它受布喇格带宽的限制。无畸变地传输信息的一个重要指标，它受布喇格带宽的限制。 对于给定入射角和波长的光波，只有一个确定的频率和对于给定入射角和波长的光波，只有一个确定的频率和波矢的声波才能满足布拉格条件。当采用有限的发散光束和波矢的声波才能满足布拉格条件。当采用有限的发散光束和声波场时，波束的有限角将会扩展，因此，在一个有限的声声波场时，波束的有限角将会扩展，因此，在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。频范围内才能产生布拉格衍射。sssBfnvn22sin黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-39 允许的声频带宽与布喇格角的可能变化量之间的关系为允许的声频带宽与布喇格角的可能变化量之间的关系为 ：BBssnvfcos2 设入射光束的发散角为设入射光束的发散角为i，声波束的发散角为，声波束的发散角为，对于，对于衍射受限制的波束，这些波束发散角与波长和束宽的关系分衍射受限制的波束，这些波束发散角与波长和束宽的关系分别近似为别近似为 w0：入射光束束腰半径；：入射光束束腰半径；n：为介质的折射率；为介质的折射率；D：声束宽度。：声束宽度。Bi02,siD黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-310002,iBnn 调制带宽调制带宽 021()cos2smsBvff 由上述可知：声光调制器的带宽与声波穿过光束的度越由上述可知：声光调制器的带宽与声波穿过光束的度越时间（时间（w0/v0）成反比，即与光束的直径成反比。用宽度小的）成反比，即与光束的直径成反比。用宽度小的光束可以得到较大的带宽。但光束发散角不能太大，否则，光束可以得到较大的带宽。但光束发散角不能太大，否则，0级和级和1级衍射会有部分重叠，降低调制的效果。级衍射会有部分重叠，降低调制的效果。21)(ssmffffmf)(即最大的调制带宽即最大的调制带宽 近似等于声频率近似等于声频率fs的一半。因此，的一半。因此，大的调制带宽要采用高频布喇格衍射才能得到。大的调制带宽要采用高频布喇格衍射才能得到。 黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-3119.3.3 9.3.3 声光调制器的衍射效率声光调制器的衍射效率 声光调制器的另一重要参量是衍射效率。要得到声光调制器的另一重要参量是衍射效率。要得到100的调制所需要的声强度为的调制所需要的声强度为 22222cosLMIBs所需的声功率所需的声功率 LHMHLIPBss2222cos2cos2sssBnvfLL 由由黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-312 可见，声光材料的品质因数可见，声光材料的品质因数M2越大，欲获得越大，欲获得100%的衍的衍射效率所需要的声功率越小。而且电声换能器的截面应做射效率所需要的声功率越小。而且电声换能器的截面应做得长（得长（L大）而窄（大）而窄（H小）。小）。 HPMffsBscos22321022271)(MnvvPnMssf0：声中心频率，：声中心频率， 为表征声光材料的调制带为表征声光材料的调制带宽特性的品质因数。宽特性的品质因数。M1值越大，声光材料制成的调制器值越大，声光材料制成的调制器所允许的调制带宽越大。所允许的调制带宽越大。黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-3139.3.4 9.3.4 声束和光束的匹配声束和光束的匹配 声、光发散角声、光发散角: :声、光都有一定的发散角。声、光都有一定的发散角。 为了充分利用声能和光能，认为声光调制器比较合理的为了充分利用声能和光能，认为声光调制器比较合理的情况是工作于情况是工作于声束和光束的发散角比声束和光束的发散角比，0()4()isLd光 束 发 散 角声 束 发 散 角1ssvf / 对于声光调制器，为了提高衍射光的消光比，希望衍射对于声光调制器，为了提高衍射光的消光比，希望衍射光尽量与光尽量与0 0级光分开，要求衍射光中心和级光分开，要求衍射光中心和0 0级光中心之间的夹级光中心之间的夹角大角大 ，即大于，即大于 。由于衍射光和。由于衍射光和0 0级光之间的夹级光之间的夹角（即偏转角）等于角（即偏转角）等于 ，因此可分离条件为，因此可分离条件为 20/8d时性能最好。5 . 1黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-314可分离条件为可分离条件为 :55. 2880dvfssd0：为高斯光束腰部直径，为高斯光束腰部直径，为声束穿越光束的度越时间。为声束穿越光束的度越时间。02.55sssvdvf因为因为fs s =vs/, ,上式为上式为:018sd0200,1.532sLLLLdL黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-3159.3.5 9.3.5 声光波导调制器声光波导调制器 声光布喇格衍射型波导调制器结构示意图如图声光布喇格衍射型波导调制器结构示意图如图4所示。所示。相对于声波波前以相对于声波波前以 B 入射的波导光波穿过输出棱镜时，得到入射的波导光波穿过输出棱镜时，得到与入射光束成与入射光束成2 B 角的角的1级衍射光。其光强为级衍射光。其光强为21sinsin2iiIIIBV ：在电场作用下导波光通过长度为：在电场作用下导波光通过长度为L距离的相位延迟；距离的相位延迟；B是一比例系数，它取决于波导的有效折射率是一比例系数，它取决于波导的有效折射率neff等因素。等因素。 上式表明，衍射光强上式表明，衍射光强I1随电压随电压V的变化而变化，从而可实现的变化而变化，从而可实现对波导光的调制。对波导光的调制。 黄金大米，又名黄金大米，又名“金色大米金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2022-8-316 i dks入射光入射光衍射光衍射光L声表面波声表面波电声换能器电声换能器波导层波导层y切割切割LiNbO3衬底衬底图图4 声光波喇格波导调制器声光波喇格波导调制器
