声光调制器及其典型应用.pptx
声光调制器及其典型应用声光调制器及其典型应用1.原理简介声光效应：声光效应：超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变折射率折射率n n也呈现周期性变化，介质形成一个光栅也呈现周期性变化，介质形成一个光栅光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器AOMAOM，利用声光效应亦，利用声光效应亦可以制成光束偏转器件。可以制成光束偏转器件。第1页/共12页1.原理简介声光调制器：声光调制器：电电-声声-光光两种衍射。两种衍射。由于拉曼由于拉曼-奈奈斯型衍射效斯型衍射效率较低，通率较低，通常采用布拉常采用布拉格型衍射格型衍射第2页/共12页1.原理简介布拉格衍射角为：一级光衍射效率1 1其中布拉格衍射示意图布拉格衍射示意图第3页/共12页1.原理简介分类：自由空间、光纤耦合参数指标：消光比（大于1000:1）衍射效率（最大90%，个别95%）调制带宽（几M到数百MHz）超高衍射效率型自由空间声光调制器第4页/共12页2.测声速声波形成驻波的条件声波形成驻波的条件 ，根据，根据 有有当当 d d 为确定值时为确定值时,可以在声光介质中形成不同频率的驻波振动可以在声光介质中形成不同频率的驻波振动,f,fs s 大小和大小和 m m 值有关值有关.当激光束以垂直声场方向入射时当激光束以垂直声场方向入射时,将产生喇曼将产生喇曼-纳斯型衍射。纳斯型衍射。在声光器件中换能器的频率响应带宽在声光器件中换能器的频率响应带宽ff范围内范围内,调节频率调节频率 f fs s 大小大小,能找到多个与衍射最强相对应的能找到多个与衍射最强相对应的 f fs s 值值,而在两个衍射最强点之间而在两个衍射最强点之间有暗区间的过渡。因此有暗区间的过渡。因此,可通过对衍射光点亮暗变化的辨别可通过对衍射光点亮暗变化的辨别,来判来判断断 m m 值的变化。值的变化。声光调制器测声速示意图声光调制器测声速示意图第5页/共12页2.测声速 ，则则 ，d d确定后，确定后，为常数，为常数，由频率由频率计计算。精度与计计算。精度与d d和和 的精度的精度以及介质的衍射效率均有关。以及介质的衍射效率均有关。相对误差在相对误差在0.1%0.1%到到2%2%之间。之间。与声速大小有关，声速越大，与声速大小有关，声速越大，相对误差越大相对误差越大缺点：只能测透明介质中的声缺点：只能测透明介质中的声速速成品：超声光栅声速仪成品：超声光栅声速仪声光调制器测声速示意图声光调制器测声速示意图第6页/共12页超声光栅测速仪实物图超声光栅测速仪实物图产品成熟，廉价，但不适合高精度测量第7页/共12页3.激光雷达非线性校正系统采用闭环负反馈控制激光器来实现非线性校正。激光器的光束分成两路，一路用于目标测量，另一路用于非线性校正。而测量路继续分成两路，其中一路直接探测目标，与另一路有一相对固定的光程差，二者干涉叠加后被光电探测器接受，使之产生一个电压信号 。激光雷达非线性校正原理图激光雷达非线性校正原理图第8页/共12页3.激光雷达非线性校正非线性校正部分采用一个延时自差光纤干涉仪，简而言之，就是在干涉仪的一路中放置一个非线性校正部分采用一个延时自差光纤干涉仪，简而言之，就是在干涉仪的一路中放置一个声光调制器，以消除干涉信号中的直流干扰。干涉信号是一个拍频，其角频率声光调制器，以消除干涉信号中的直流干扰。干涉信号是一个拍频，其角频率 ，式中，式中，为调频斜率，为调频斜率，为光学延迟线带来的延时。数字鉴相器将为光学延迟线带来的延时。数字鉴相器将 与理想的参考角频率比较，产生误差信号与理想的参考角频率比较，产生误差信号errorerror，errorerror经放大后反馈到激光器的调制电流和压电陶瓷，用以校正调频斜率经放大后反馈到激光器的调制电流和压电陶瓷，用以校正调频斜率 。理想调频曲线理想调频曲线r时间内产生的频偏时间内产生的频偏理想理想r和实际的和实际的bint比较比较第9页/共12页3.激光雷达非线性校正经证实，这个系统对经证实，这个系统对5THz5THz以上，扫描频率为以上，扫描频率为5MHz/s5MHz/s的激光信号，校正后的残余非线性小于的激光信号，校正后的残余非线性小于1MHz1MHz。在数米的测量范围内精度为小于在数米的测量范围内精度为小于100m100m。注意到注意到 的大小与校正的精度和闭环反馈控制的效率有关，的大小与校正的精度和闭环反馈控制的效率有关，太大校正精度会降低，过小则影太大校正精度会降低，过小则影响控制的执行效率。响控制的执行效率。的精度直接影响测量精度的精度直接影响测量精度理想调频曲线理想调频曲线r时间内产生的频偏时间内产生的频偏激光雷达非线性校正原理图激光雷达非线性校正原理图第10页/共12页谢 谢！第11页/共12页
