border=0

Acoustic-optyske systemen mei feedbacks:

<== foarige artikel |

Systemen foar stabilisaasje optyske en elektrysk parameters (bygelyks systemen foar stabilisearjen fan de yntensiteit fan in optyske beam);

Elektron-acousto-optyske generators - sels-oszillatorjende systemen dy't in akousto-optysk apparaat hawwe as it haad netlineare elemint; kinne konsekwike sels-oscillaasjes fan elektryske, akoestyske en optyske kwantels krije, ynklusyf reguliere en stochastyske oszillatormodi;

Bistabele en multystabele systemen - akousto-optyske systemen, karakterisearre troch twa of meardere stabile steaten, wêrby't it skeakeljen mooglik is ûnder beskate eksterne ynfloed; Sokke systeeën kinne beskôge wurde as optyske analogen fan elektronyske triggers.

Seksjes neist de acoustooptics

It moat bepaald wurde dat acoustooptika en optoakustyk faak beskôge wurde as aparte disiplinen.

Moderne acousto-optika is nau ferbûn net allinich mei syn "parent" -tipsen fan 'e fysika - mei akoestyk en optyk, mar ek mei crystalfysika (acousto-optyske ynteraksje yn kristallen wurdt aktyf studearre), en ek mei tapastlike disiplines lykas optoelektronyk en radio-fysika.

Wylst yn acousto-optyske apparaten in konversaasje fan akoestyske sinjalen yn optyske (en yn photoacoustic systems binne optyske sinjalen yn 'e akoestika feroare), wurde yn acoustoelektronika-systemen mei de omtinken fan akoestyske en elektryske sinjalen studearre.

In relatearre fjild fan acoustooptics is laser-vibrometry, dy't metoaden beskôgje fan optyske klanking fan oszillierjende (vibraasje) lichems. It effekt fan photoelastisiteit, dy't acousto-optyske beafjilding en brekking biedt, biedt ek de basis fan 'e polarisaasje-optyske metoade foar stúdzje fan statyske deformaasjes fan materialen.

Acousto-optik ûndersiket de ynteraksje fan elektromagnetyske wellen mei lûd yn fêste en flakten. Op basis fan dizze ferskynsels yn 'e technyk binne ferskate apparaten.

De ynteraksje fan ljocht mei lûd wurdt breed brûkt yn optikaal, elektroanika, lasertechnology om kohärent ljochtstraat te kontrolearjen. Acousto-optyske apparaten (deflektors, scanners, modulators, filters, ensfh.) Jouwe jo de amplituden, polarisaasje, spektraal gearstalling fan it lichtsignal en de rjochting fan propagation fan 'e ljochtbalke. Acousto-optyske apparaten ûnderskiede troch har fersekering, snelheid, ienfâldigheid fan bou, en, neist, kinne se ferwurkjen ynformaasje yn echt tiid.

It wurk fan 'e grutte mearderheid fan acousto-optyske apparaten is basearre op it ferskynsel fan diffraasje fan ljocht troch ultrasound. Sûnt de wrald fan 'e ûntbining fan it beafearde ljocht wurdt bepaald troch de lingte fan' e lûdwelle, kin it kontroleare wurde troch it feroarjen fan de frekwinsje fan 'e ynput-lûd. Dit prinsipe fan it behearen fan 'e rjochting fan' e ljochtbalke yn 'e romte is de basis foar de operaasje fan ako-optyske deflektoren en scanners dy't ûntploaien binne om de beam yn in bepaalde rjochting út te lûken en foar kontinulearre sweep fan' e beam.

De ferdieling fan enerzjy tusken de haadbalke en de beferzen is regele troch de feroaring yn lûdynfstânsje. Dit effekt wurdt brûkt yn akoestyske modulators dy't de yntensiteit fan 'e ljochtbalken behearje.

Op in periodike struktuer dy't makke wurdt troch in monochroatyske lûdwelle, wurdt allinich in bepaalde wellen>

Acousto-optic is in grinsgebiet tusken natuerkunde en technology, wêrby't it ynteraksje fan elektromagnetyske weagen mei lûdwizen studearre wurdt en de grûnen fan tapassing fan dizze fenomenen yn technology wurde ûntwikkele. De ynteraksje fan ljocht mei lûd wurdt brûkt yn moderne optika, optoelektronika, lasertechnology om kohärente ljochtstreaming te kontrolearjen. Acousto-optyske apparaten jouwe jo de amplituden, frekwinsje, polarisaasje, spektralsekompetysje fan it ljocht sinjaal en de rjochting fan propagation fan 'e ljochtbalke. In wichtich gebiet fan praktyske tapassing fan akousto-optyske effekten binne ynformaasjeferwurkingssystemen, dêr't acousto-optyske apparaten brûkt wurde om mikrofoave-sinjalen yn echt te ferwurkjen. Under de aksje fan meganyske ferformaasjes dy't troch in lûdwelle drage wurdt, komt romtlike modulaasje fan de optyske eigenskippen fan it medium, troch it elastysk-optyske of fotoelastysk effekt.

De optyske eigenskippen fan 'e middel feroarsake yn' e tiid mei de frekwinsje fan 'e lûdwelle, d.h., folle slimmer sawol yn ferliking mei de perioade fan elektromagnetyske oscillaasjes yn' e ljochtwelle en yn ferliking mei de tiid fan trochgong fan 'e ljochtballe troch de lûdbalke. Ofhinklik fan 'e ferhâlding tusken de transverse grutte fan' e befallend optyske beam d en de lingte fan 'e lûdwelle L, wurdt de propagation fan ljocht yn sa'n medium gearstald troch ferskynsels fan acousto-optyske brekking of beugraasje fan ljocht troch ultrasound. Diffraasje fan it ljocht komt net allinich op 'e lûdwelle yntrodusearre fan bûten, mar ek op kollektive opleveringen fan' e medium, akoestyske fonons, as gefolch dêrtroch it ljochtsjen fan ljocht mei in frekwinsjeop ferfalt en del troch de magnitude fan de phononfrekwinsje (Mandelstam-Brillouin-fersmoarging). Yn it spektrum fan 'e fersmoarde radiation waarden ferskate pairs fan' e Mandelstam-Brillouin-komponinten ferskine yn 'e frekwinsje, oerienkomt mei de fersmoarging fan ljocht troch longitudinal en transverse akoestyske fonons.

Acousto-optyske ynteraksje wurdt ferlege ta de effekten fan optyske brekking en diffraasje allinich by lytse yntinsjes fan optyske strieling. Mei ferhege ljochtintensiteit begjinne netlinear effekten fan ljocht op 'e omjouwing in ferheegjende rol te spyljen. Troch elektrostriksje en de effekten fan it miljeuheizen troch optyske strieling ûntsteane wikseljende elastyske spanningen yn en ûntsteane klankwellen mei frekwinsjes fan hertlik oant hypersniperik - saneamde optoakustyske of optyske effekten .

Op it fjild fan hege macht optyske strieling, as gefolch fan it simultaneal optreden fan ljochtbefrakking troch ultrasonic en de generaasje fan ultrasone wellen as gefolch fan elektro-struktuer, fersterket it ultrasonsljocht mei ljocht . Benammen stimulearre Brillouin-fersmoarging wurdt bepaald yn 'e útbrekking fan in heule laserstraining yn' t medium, wêrby't thermyske akustyske lûd troch laserstraasje begelaat wurdt, mei begelaat troch in tanimming fan de yntinsiteit fan fersprate ljocht.

Optoakustyske effekten befetsje ek de generaasje fan akoestyske oszillaasjes troch periodike werhelle ljochtspulsen, dy't feroarsake wurdt troch wikseljende meganikaal spanningen dy't ûntsteane út thermyske útwreiding by periodike lokale ferheging fan it medium mei ljocht.

De effekten fan acousto-optyske ynteraksje wurde brûkt as fysike ûndersyk en yn technology. Diffraasje fan ljocht troch ultrasound makket it mooglik om de lokale skaaimerken fan ultrasonike fjilden te mjitten. De winkelige ôfhinklikens fan it beafearde ljocht bepale it radiationmuster en de spektraal gearstalling fan 'e akoestyske straat. Analyze fan 'e beafeartsjit-effektiviteit op echte punten fan' e echte sample liedt ús it byld werom te rekonstruearjen fan 'e romtlike ferdieling fan lûdynfstânsje. Benammen de visualisaasje fan lûdfjilden wurdt útfierd op grûn fan akousto-optyske effekten. It brûken fan Bragg-diffraasje is mooglik om ynformaasje oer de spektral, winkelige en romtlike ferdieling fan akoestyske fonons yn 'e DV-regio fan it phonon-spektrum te krijen. Dizze metoade is fan wearde foar it ûndersyk fan non-acoustic-akonestyske fonons, bygelyks yn 'e betingsten fan fonon (acoustoelektrike) ynstabiliteit yn semi-fytsers, troch it ferbetterjen fan ultrasjonele supersonike drift fan ladingstransporters.

Acousto-optyske beflieding makket it ek mooglik om in protte parameters fan in substansje te mjitten: de flugge en absorptionskoeffizient fan lûd, elastysk modules fan 'e 2e, 3e en hegere oarders, elastysk-optyske konstanten en oare mjitten.

Dus, fanôf de Bragg-kondysje foar de bekende wearden fan de ultrasoanfrekwinsje f en de wavelength fan ljocht en troch de gemoedlike winkel tusken it ynsidint en gebeidige ljochtrjochtingen bepale de snelheid fan lûd: (wêr - Bragg-winkel). Op grûn fan de wearden dyt sa ûntfangen Foar ferskillende rjochtingen wurdt de folsleine matrix fan elastyske modules berekkene . Lûd-absorptionskoeffizient kin fûn wurde troch it fergelykje de yntensituelen I1 en I2 fan beferzen ljocht, op twa stasjons fan 'e ynfallende ljochtbalke, gemocht yn elkoar ferspraat troch in distânsje yn' e rjochting fan propagataasje fan 'e lûdwelle:

As hege yntinsiteit lûdwellen ferspriede wurde yn 'e medium, wurdt elastysk modulusgegevens fan hegere bestellen troch messen mei Bragg-beafearjen de amplituden fan harmonika dy't ûntsteane yn' e welle, dy't yndieling binne foar de netlineare elastyske modules fan 'e oerienkommende opdrachten.

Om te ûndersykjen fan 'e dispersion fan' e flugger fan 'e lûd en fan it absorptionskoeffizint by hypersonaal frekwinsjes, wurdt Mandel'shtam-Brillouin-fersmoarging brûkt. Fergees in gearhingjend optysk straatstraat troch it medium en befestiget de strielingwinkel It is mooglik om de snelheid fan lûd út 'e Bragg-betingsten te bepalen troch it grutter fan' e spektraalverschakeling fan 'e Mandelstam-Brillouin-komponinten op in bepaalde frekwinsje f. Op grûn fan healbreedingsmessingen it komponist Mandelstam-Brillouin wurdt bepaald troch de oplossingskoeffizient op dizze frekwinsje:

Op basis fan optoakustyske lûdgeneration waard in metoade fan photoakustyske spektroskopy makke om de optyske absorptie spektra fan substans yn ferskate fysike steaten te krijen. By dizze metoade wurdt de ljocht-absorptionskoefizier mjitten troch de yntensiteit fan lûdvibrationen, begearte troch periodysk ûnderbrutsen ljocht. Bygelyks, as in gas periodyk beheart wurdt, komme lûdvibraasjes yn har mei in amplituden dy't proportionearre is oan de opboude ljocht-enerzjy. Troch it feroarjen fan 'e wellen>

Acoustic-optyske apparaten . Op grûn fan 'e effekten fan diffraasje en brekking fan ljocht op ultrasound wurde aktive optyske eleminten makke dy't jo alle parameter fan' e ljochtbalke behearje kinne, en ek ynformaasje ferwurkje dy't troch ljocht- en lûdwellen trochfierd wurdt. De basis fan soksoarte apparaten is in akousto-optyske sel (AOJ), besteande út in wurkmiddel (fêste echom of sel mei flüssig), yn it volume dat ljocht ynterakt hat mei de ultrasoanwelle, en in ultrasone radiator (meastentiids in piezoelektrischer transducer). Ofhinklik fan it doel binne der ferskate soarten ako-optyske apparaten: deflektors, modulators, filters, processors, ensfh.

Acousto-optyske ôfleveringen en scanners binne apparaten foar it behearen fan de rjochting fan in ljochtbal yn 'e romte. Scanners wurde ûntwurpen foar trochgeande beam sweep; De deflektor hat in opset fan fêste rânen, dêr't de ljochtbalts ôfbrekke moatte.

Yn in beugraasje-deflektor (1) falt in ljochtbalke op in AOS, wêryn in lûdwelle fan 'e frekwinsje f begearte is en, as gefolch fan Bragg-beafearing, diels útlutsen wurdt.

Fig. 1. Skema fan 'e acousto-optyske deflektor.

1 - akousto-optyske sel; 2 - ultrasound emitter; 3 - photodetector; - maksimum winkel ferpleatse fan 'e beam.

As f feroaret, feroaret de winkel fan 'e ûntbining fan' e beafearde beam ek, en de beam beweget op it skerm fan 'e foto-ûntfanger. It brûken fan frequinte-moduleare audio-sinjalen jout jo de rjochting fan 'e ljochtbalke te kontrolearjen. Om de rjochting fan in beafearde beam te feroarjen mei in stilend ynfal fan ljocht op AOJ, is it needsaaklik om tagelyk de rjochting fan propagation fan 'e lûdwelle te feroarjen, sadat de betingst Bragg oeral yn it ynterval is foltôge Lûdfrekings - saneamde. bandwidth deflector. Bestiet oare parameters fan it apparaat: de maksimum winkel ferpleatse fan de beam fan beferzen ljocht

en resolúsje N, dus it oantal ûnderskiedbere posysjes fan 'e ljochtbalke binnen . De resolúsje wurdt bepaald troch en wikseldiverigens ljochtblêd: dêr't d de transverse grutte fan 'e ljochtbalke is. In wichtich karakteristyk foar romtlike beamkontrôleapparaten is ek de beafeartsjinst. - it ferhâlding fan 'e yntinsiteit I1 fan it útlutsen ljocht nei de yntinsiteit I0 fan' e ynsidint. Yn it ienfâldige gefal binne de betingsten Bragg tefredenens troch de divergenheid fan 'e akoestyske beam. De diverjende beam kin beskôge wurde as in set fan fleantichwellen, de welle fekkers dy't lizze yn it winkelpunt . Foar in bepaalde lûdfrekwinsje f, wurdt beafearzje allinich op dat komponint fan 'e beam, wêrby't de welle fektor de Bedrach fan Bragg befettet. As f feroaret, foldocht in oare kondysje fan 'e beam dizze kondysje. By it brûken fan isotrop materiaal as wurkjende floeistof wêr D is de transverse grutte fan 'e lûdbalke, - lûdwilengang. Neffens dizze bandbreedte en de resolúsje N is yndirekt oan 'e divergenheid fan' e akoestysk beam:

Foar in hege resolúsje deflektor is in signifikante ûnderskieding fan 'e lûdbalke nedich, en dus syn minimale breed is D. Reduzearre effisjinsje feroarsake troch in ôfnimming fan 'e lingte fan' e acousto-optyske ynteraksje, wurdt kompensearre troch in tanimming fan de ynput akoestyske krêft. By it ferheegjen fan N wurdt de effisjinsje fan dizze krêft te brûken, om't allinich 1 / N fan syn krêft wurdt brûkt foar beurtraasje fan ljocht.

It gebrûk fan drechtsjende materialen yn OJA kin de eigenskippen fan de deflektors signifikant ferbetterje. Foar dat doel wurdt anisotropyske beafearing fan ljocht tichtby de minimale Bragg-winkel brûkt. . As it ljocht falt op 'e lûdbalke yn in hoeke De lytse divergening fan 'e lûdbalke soarget derfoar dat de betingst foar Bragg tefreden is foar in frij breed oanbod fan akoestike frekwinsjes en, dêrom, in soad ynterval fan' e winkeljende ûntbining fan it beafearde ljocht. Dit soarget dat jo in breed akoestysk beam brûke, wat de akoestyske krêft ferrint om fereaske effektive effektiviteit te krijen , en jout in signifikant winst yn resolúsje yn ferliking mei deflokters dy't isotropyske materialen brûke. De betsjoeningfrekwinsjes fan sokke apparaten lykje lykwols normaal yn it gigahertz-berik.

Jo kinne de beafere beam kontrolearje mei help fan de saneamde. In stasjonsperioade fan emitters - in staptsysteem fan fazeverschwadde transducers, de parameters fan dy wurde keazen om sadwaande de welle front foar de middenfrekwinsje fan 'e passband parallel is oan' e fleantel fan 'e yndividuele transducer, en as de frequinsjes feroarsaakje, sil de foarkant soargje dat it kompensearjen fan de oerienkommende Bragg-hoekstreek kompensearret. Dizze metoade fan lûdskensearing lit de bandbreedte en oplossing fan de deflektor ferskate kearen ferheegje.

Der binne acousto-optyske deflektors dy't twa koördineare ûntbining fan 'e ljochtbalke útfiere. Yn dat gefal wurde twa oerienkommende iendimensionale deflektors brûkt, dy't kombinearje kinne yn ien acousto-optyske sel, as se akoestyske wellen yn twa yngeand perpendiculaire rjochtingen opnommen binne. Moderne deflektors jouwe jo 103-104 lêzjende eleminten mei in oergongtiid fan ien elemint nei de oar yn 'e folchoarder fan 10-6-10-7 s. It oanpart fan ôflevere ljocht berikt in oantal tsientallen persint mei in akoestysk enerzjyferbrûk fan 0,1-1 W.

Yn apparaten dy't basearre binne op ako-optyske brekking , komt de ôfwaging fan in ljochtblau as gefolch fan 'e krúzje fan' e paad as it troch in omjouwing trochrint, dêr't inhomogene ferfoarming ûntstiet troch in steande of reisende lûdwelle. Sokke apparaten binne relatyf leechfrekne apparaten ( MHz), it útfieren fan de ljochtbalke neffens in sinusoidale wet. De effektiviteit fan refraktive apparaten is lyts, want allinich in lyts part fan 'e lûdenenerzjy yn' e mjitte fan AOJ wurdt ferbrutsen op 'e ûntbining fan' e ljochtbalke.

Acousto-optyske modulators binne apparaten dy't de yntensiteit fan ljochtbalken behearje, basearre op it feroarderje fan ljocht-enerzjy tusken oergeande en beafearde ljocht. Обычно используется модуляция дифрагированного света, т. к. 100%-ная модуляция проходящего излучения требует значительной акустической мощностей. Акустооптический модулятор представляет собой АОЯ, в которой распространяется амплитудно-модулированная звуковая волна. Падающий на АОЯ свет частично дифрагирует, и отклонённый луч принимается фотоприёмным устройством. В модуляторах используется как брэгговская дифракция, так и дифракция Рамана - Ната. Быстродействие модулятора определяется временем прохождения звукового сигнала через поперечное сечение светового пучка и оказывается ~ 10-8-10-7 с. Акустооптические модуляторы при максимальной простоте конструкций позволяют осуществлять такие сложные операции, как параллельная обработка информации в акустооптических процессорах.