声光调制现象简述

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声波是一种纵向机械应力波(d性波).若把这种应力波作用到声光介质中时会引起介质密度呈疏密周期性变化,使介质的折射率也发生相应的周期性变化,这样声光介质在超声场的作用下,就变成了一个等效的相位光栅,如果激光作用在该光栅上,就会产生衍射.衍射光的强度,频率和方向将随超声场而变化 激光具有极好的时间相干性和空间相干性,它与无线电波相似,易于调制,且光波的频率极高,能传递信息的容量很大.加之激光束发散角小,光能高度集中,既能传输较远距离,又易于保密.因而为光信息传递提供了一种理想的光源.

我们把欲传输的信息加载于激光副射的过程称为激光调制

光调制分为内调制和外调制两类外调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的,即调制器置于激光谐振腔外,在调制器上加调制信号电压,使调制器的某些物理特性发生相的变化,当激光通过它时即得到调制.所以外调制不是改变激光器参数,而是改变已经输出的激光的参数(强度,频率等).

什么是声光调制

声波是一种纵向机械应力波(d性波).若把这种应力波作用到声光介质中时会引起介质密度呈疏密周期性变化,使介质的折射率也发生相应的周期性变化,这样声光介质在超声场的作用下,就变成了一个等效的相位光栅,如果激光作用在该光栅上,就会产生衍射.衍射光的强度,频率和方向将随超声场而变化.所谓"声光调制器"就是利用这一原理而实现光束调制或偏转的.

声光调制的原理

1 超声波在声光介质中的作用

2 声光作用

①喇曼-奈斯衍射

②布喇格衍射

3 声光调制器

1 超声波在声光介质中的作用

声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式

行波所形成的声光栅其栅面是在空间移动的.介质折射率的增大和减小是交替变化的,并且以超声波的速度Vs向前推进

在声光介质中,两列相向而行的超声波(其波长,相位和振幅均相同)产生叠加,在空间将形成超声驻波.声驻波形成的声光栅在空间是固定的,其相位变化与时间成正弦关系

合成声波方程为:

a(z,t)=a1(z,t)+a2(z,t)=2Acos2πz/λs·sin2πt/Ts

介质中折射率的变化如图1所示,声波在一个周期T内,介质将两次出现疏密层,且在波节处密度保持不变,因而折射率每隔半个周期(T/2)在波腹处变化一次,即由极大值变为极小值,或由极小值变为极大值,在两次变化的某一瞬间介质各部分折射率相同,相当于一个不受超声场作用的均匀介质.

若超声频率(即加在调制器上的信号频率)为fs时,则声光栅出现或消失的次数为2fs,因而调制光的频率为2fs(为超声频率的二倍).

图1

2 声光作用

按照超声波频率和声光介质厚度的不同,将声光作用可以分为两种类型,即喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射.

①喇曼-奈斯衍射

在超声波频率较低,且声光介质的厚度L又比较小的情况下,当激光垂直于超声场的传播方向入射到声光介质中时,将产生明显的喇曼-奈斯声光衍射现象,如图2所示.在这种情况下,超声光栅类似于平面光栅,当光通过时,将产生多级衍射,而且各级衍射的极大值对称分布在零级条纹的两侧,其强度依次递减.

图2 图3

设超声波波长为λs,波矢量Ks指向x正方向,而入射光波矢量Ki指向y轴正方向,两者呈正交(如图3所示).

当应变较小时,并暂时略去时间t的依赖关系,则折射率随空间位置x的变化关系为:

n(x)=n0-ΔnsinKsx

由于介质的折射率发生周期性变化,所以会对入射光束的相位进行调制.出射的光波已不再是平

面波,其等相面是一个由n(x)决定的皱折曲面.其各级极大值的衍射角θ应满足公式:

λssinθ=±mλ

式中λs为超声波波长λ为入射光波长.

其各级衍射的光强值为:

Im=Jm2(v) v=2π/λΔnL

上式中Jm2(v)为m阶贝塞尔函数v表示由于折射率变化Δn而引起的被调制光束的相位变化.

②布喇格衍射

当超声波频率较高,且声光介质较厚时,入射光线以一定角度(θi)入射,则产生布喇格声光衍射(如图4所示).布喇格声光衍射的衍射光不是对称分布的,当光以某一特定角度入射时,较高阶衍射可以忽略,只出现零级和+1级或-1级(视入射光方向而定)衍射光.若能合理选择参数,超声波足够强,可使入射光能量较集中地转移到零级和+1级(或-1级)衍射极大值上.因而光束能量可以得到充分的利用,获得较高的效率.

图4

当光束以入射角θi射入声光介质中时,由镜面产生反射,而衍射光干涉,极大值应满足条件:

Δ=mλ(m=0,±1,±2……).

2λssinθB=λ 式中θB称为布喇格角.

只有入射角θi满足上式的入射光波,才能在θi=θd方向上得到衍射极大值.这个式子通常称为布喇格衍射公式.

可以证明,当入射光强为Ii时.布喇格衍射的零级与1级的衍射光强可分别表示为:

I0=Iicos2v/2 I1=Iisin2v/2

式中 v=2π/λΔnL

是光波穿过厚度为L的超声场所产生的相位延迟.

3 声光调制器

声光调制器是由声光介质,电声换能器,吸声(或反射)装置及驱动电源等组成.

而作为声光调制器来说,无论属于哪种类型(喇曼-奈斯型衍射或布喇格型衍射),调制器都有两种工作方式,一种是将零级光束作为输出另一种是将1级衍射光束作为输出.当声波振幅随着调制信号改变时,各级衍射光的强度也将随之发生相应变化.若将某一级衍射光和为输出,利用光阑将其它衍射级遮拦,则从光阑孔出射的光束就是调制光.所以,如果用频率为f的信号电压加在电声换能器上,由此在声光介质中形成超声场的频率为fs,当光波通过该调制器时,将产生一个频率为2fs的调制光.

声光调制的应用

气体激光,特别是氩离子激光,由于离子跃迁的特殊性,频域参量几乎完全随即变化,表现为各模式幅度的剧烈起伏和随机消失,给锁模技术带来一定困难,采用调制作用较强的铌酸锂石英,声光调制系统,能够实现氩离子激光锁模,获得亚毫微秒超短激光脉冲.这种锁模氩离子激光已用于同步泵浦环形染料激光器.

_声光锁模器实质上是频率非常稳定的超声驻波与激光束相互作用的一种声光调制器.如果声光锁模器的调制频率与激光腔的纵模频率间隔完全相等,这样激光腔的各个纵横便受到周期性的调制并保持相同的相位.经过不断耦合,激光器的输出就是一系列脉宽极窄的规则脉冲序列.

声光调制的发展

随着激光技术的发展,声光调制的应用越来越多的拓展到各个行业当中.

预(光)刻伺服磁道技术的研究,利用激光微斑记录特性使磁盘存储器的道密度得到大幅提高,而在预(光)刻伺服录写装置中,一个重要的任务就是对激光束进行光强调制集光脉冲调制.而通常采用的既是声光调制.

激光印刷机中,激光束的偏转调制器就是应用声光调制布拉格衍射原理实现的.利用高频驱动电路可以产生高频电振荡,通过超声转换能器形成超声波,通过快速控制超声波,实现声光器件调制激光束的目的.

在军事上,它也有广泛应用.例如一种新式探测器:雷达波谱分析器.空军飞行员可以利用它分析射到飞机上的雷达信号来判断飞机是否被敌方跟踪.外来的雷达信号与本机内半导体激光器产生的振荡信号经混频,放大后,驱动声光调制器,产生超声波,当外来信号变化时,超声波长也变化,衍射光的角度也变化,反映在二极管列阵上,我们可以很容易的识别敌方雷达信号.

初中的物理知识点是很多的，要详细说的话估计。一天一夜是说不完的，但是主要的知识点给你稍微概括一下。初中的物理主要包括声光，热力，电这五个方面，以及物质结构和分子运动。

首先声里面包括声音的产生，传播声音的应用与防护声音的特征，也就是包括音调，响度，音色这几个方面。还有噪声的防护控制。

光学包括光源，光的传播光在不同介质中传播的速度，还有光在同种均匀介质中沿直线传播的应用。小孔成像以及影子。剩下的重点就是光的反射和光的折射光在不同介质中会发生反射和折射这两种现象。在光的反射当中，除了光的反射规律外，主要还有平面镜成像光的折射出，凹透镜和凸透镜，以及凸透镜成像规律还有凸透镜的组合。近视眼远视眼的形成。

热里面主要是物态变化。内能以及燃料燃烧放热和热机的工作原理以及热效率。其中还包括分子动理论。

力里面的内容比较多，包括力概念，力的分类和运动的关系，压力浮力。简单机械。简单机械的效率还有动能和势能，能量守恒还有能量转化。还有以及机械效率。

电学里面的内容还是比较少的，包括电荷，电流，电压，电阻。欧姆定律，电功率，家庭电路。但是每个内容的都是里面都还是有详细的东西的。这个所谓的嫂子是相对于高中相对于大学来说内容是比较少的。

2011年11月1日，国家发展改革委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》(以下简称《公告》)，决定从2012年10月1日起，按功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。

随着白炽灯的逐步被淘汰，荧光节能灯又不适用于声光控技术，LED声光控灯的优势则变得越来越明显，随着经济的发展，我国的房地产正在迅猛的发展，各地楼盘也在不断的增多，这给LED声光控灯的发展提供了空间。

与目前市场上的普通LED声光控球泡灯相比，LED声光控一体化安装更方便，而且灯与灯座是相连在一起的，无需另外购置灯座，直接安装上即可，在方便安装，节能的基础上增加了了防盗功能，被市场上的工程商，代理商和用户普遍认可和接受。

声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等），传统的声光控灯是有声光控开关和普通白炽灯组合而成，普通白炽灯寿命短，光效低造成了能源的巨大浪费。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，在灯种的研发上，更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的光源对居家照明节能具有十分重要的意义。由此LED灯的诸多优点在未来有可能取代传统的照明设备，尤其是白光LED，更被灯饰界寄以厚望，是照明产品的新兴光源，有「绿色照明」光源之称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。白光LED具有体积小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快等众多优点，却无白炽钨丝灯泡高耗电、发热量大，光效能低，易碎及萤光粉灯废弃物含汞污染环境等缺点，因此十分被灯饰业者看好。中国照明电器协会理事长陈燕生在2006年6月19日时预测说；“LED可望在5年左右广泛应用于普通照明”。

LED是一种能够将电能直接转化为可见光的半导体发光器件，材料使用III-V族化学元素[如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等]，发光原理是将电能直接转换为光能，也就是对化合物半导体施电流，透过电子与电洞的结合，能量会以光的形式释出，形成发光的效果，属于冷性发光，理论寿命长达十万小时以上。最早LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是砷磷化镓（GaAsP），发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素铟（In）和氮（N ），使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出现了砷铝化镓（GaAlAs）的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。LED具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不断进步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，近年来又生产出用超高亮白光LED发光二极管组装的照明灯。与传统的照明灯相比，在功耗、亮度与寿命方面以无与伦比的优势成为21世纪新光源，使得它越来越多地用在彩灯装饰和照明领域。未来白光LED发光二极管的市场规模与应用将无限宽广，并将进入一般家庭，取代各种传统的室内外照明灯具。LED最大的特点在于无须暖灯时间、开关次数对寿命无影响、反应速度快(约在10^-9秒)、安全而且光源控制成本低，使频繁开关成为可能，及运用于声光控灯上的最佳光源。

声光控电路是集声学、光学和延时技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，使得LED声光控灯低能耗、长寿命。

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