Электрооптические, магнитооптические и акустооптические модуляторы излучения

Поэтому модуляция производится в данном случае путём изменения силы тока (а не напряжения U, как это имеет место в электрооптических модуляторах).Рисунок 7. Схема амплитудного модулятора на основе эффекта ФарадеяМодуляционная характеристика амплитудного магнитооптического модулятора качественно аналогична характеристике модулятора на основе линейного электрооптического эффекта, с той лишь разницей, что по оси абсцисс откладывается сила тока, а не напряжение. Величина полуволновой силы тока Iλ/2 имеет в данном случае тот же физический смысл, что и полуволновое напряжение Uλ/2 в электрооптических модуляторах. Эффектом Фарадея обладают многие оптически прозрачные среды, в том числе обычные стёкла. Однако величина постоянной Верде для большинства материалов мала, и для глубокой модуляции излучения требуются очень сильные (импульсные) магнитные поля. Магнитооптические модуляторы иногда применяются для модуляции добротности резонатора в мощных твердотельных лазерах, которые работают с невысокой частотой повторения излучаемых импульсов.Глава 3. Акустооптические модуляторыПри распространении ультразвуковой волны в оптически прозрачной среде плотность этой среды и её показатель преломления периодически меняются с частотой ультразвуковых колебаний. В результате образуется периодическая структура типа фазовой дифракционной решетки, которая может быть либо бегущей со скоростью распространения звука в среде (если звуковая волна распространяется в одном направлении), либо стоячей (если звуковая волна испытывает отражение и происходит интерференция прямой и обратной волн).Рисунок 8. Схема амплитудного акустооптического модулятораОптическая волна с плоским фронтом, проходя через такую периодическую структуру (рис. 8), испытывает дифракцию. Часть энергии оптической волны отклоняется от прежнего направления распространения, образуя дифрагированные волны. Кроме недифрагированной волны (волны «нулевого порядка»), возникают симметричные относительно неё дифрагированные волны первого, второго и более высоких порядков, отклоненные от исходного направления на углы θ1, θ2, . . . , θp, величины которых определяются формулой (10)где p — порядок дифракции (1, 2, . . .) , λ — длина волны оптического излучения, λa — длина акустической волны в среде, равная отношению скорости акустической волны в данной среде va к частоте ультразвуковых колебаний fa. Типичные значения va составляют для жидких сред 1—2 · 103 м/с и для твёрдых 3—5 · 103 м/с, а fa обычно имеет порядок 108 Гц, что даёт углы дифракции первого порядка ∼1 ◦. Если на пути вышедших из среды пучков поставить линзу, как показано на рисунке 8, то в фокальной плоскости последней получится ряд пятен, соответствующих фокусировке волн нулевого и боковых порядков. Вырезав при помощи диафрагмы, скажем, пятно нулевого порядка и «убрав», таким образом, остальные волны, мы получим волну, интенсивность которой зависит от соотношения энергии волн различных порядков. Это соотношение определяется интенсивностью пространственной модуляции среды ультразвуковой волной (амплитудой периодических изменений показателя преломления), которая в свою очередь зависит от мощности генератора, создающего ультразвуковую волну (технически она обычно создаётся подачей напряжения от радиочастотного генератора с частотой fa на электрострикционный преобразователь электрических колебаний в механические — пластинку или плёнку из специального материала, деформируемую напряжением генератора и находящуюся в контакте со средой акустооптического модулятора, что схематически показано на рисунке8).Из вышесказанного ясно, что в устройстве с бегущей ультразвуковой волной, изображённом на рис. 8, интенсивность проходящего излучения можно модулировать, изменяя по необходимому закону мощность генератора частоты fa. Частота модуляции, разумеется, должна быть ниже частоты fa, а широкополосность модулятора обычно определяется свойствами электрострикционного преобразователя. Амплитудные акустооптические модуляторы описанного типа обладаютменьшей широкополосностью, чем электрооптические модуляторы, однако их достоинством является сравнительно небольшая мощность, необходимая для модуляции оптического излучения, а также малые оптические потери в таких модуляторах. В качестве среды, в которой распространяется ультразвуковая волна, используют такие материалы, как кварц, некоторые типы стёкол, спирт, воду и т. п. Анализ работы акустооптического модулятора с бегущей ультразвуковой волной показывает, что частота оптических колебаний в дифрагированных волнах отличается от частоты колебаний исходной волны на величину pfa (p — порядок дифракции). Поэтому иногда такие акустооптические устройства используются для сдвига частоты полученных от лазера колебаний на определённую величину. Если поглотитель акустических колебаний в модуляторе, схематически изображённом на рис. 8, заменить отражателем, то в среде установится стоячая ультразвуковая волна, образующаяся в результате интерференции прямой и отражённой волн. В таком устройстве волна нулевого порядка окажется модулированной по амплитуде с частотой 2fa, поскольку узлы и пучности стоячей волны образуются и исчезают дважды за период колебаний. Устройства этого типа могут применяться для высокочастотной модуляции излучения на фиксированных или плавно изменяемых в небольшом диапазоне частотах, что необходимо, например, в геодезических фазовых светодальномерах. Благодаря малым оптическим потерям такие устройства используются также в качестве внутрирезонаторных модуляторов для синхронизации мод в твердотельных и газовых лазерах.Список используемой литературыБольшаков В. Д., Деймлих Ф., Голубев А. Н., Васильев А. П. Радиогеодезические и электроптические измерения: Учебник для вузов. М., «Недра», 2010, 303 с.Голубев А. Н. Приборы и методы электронной дальнометрии и тахеометрии. / В кн. Геодезия. Геодезические и фотограметрические приборы. М., «Недра», 1991, с. 189—249.Оуэнс Д. Лазеры в метрологии и геодезии. / В кн. Применения лазеров. Пер. с англ. М., «Мир», 1974, с. 85—181.Прилепин М. Т., Голубев А. Н. Оптические квантовые генераторы в геодезических измерениях. М., «Недра», 1972, 168 с.Шануров Г. А., Мельников С. Р. Геотроника. Наземные и спутниковые радиоэлектронные средства и методы выполнения геодезических работ: Учебное пособие. М., УПП «Репрография» МИИГАиК, 2011, 136 с.