Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 
Na saite
Astrometriya
Astronomicheskie instrumenty
Astronomicheskoe obrazovanie
Astrofizika
Istoriya astronomii
Kosmonavtika, issledovanie kosmosa
Lyubitel'skaya astronomiya
Planety i Solnechnaya sistema
Solnce

Akustooptika Akustooptika
10.08.2001 23:25 |

Akustooptika - pogranichnaya oblast' mezhdu fizikoi i tehnikoi, v kotoroi izuchaetsya vzaimodeistvie elektromagnitnyh voln so zvukovymi i razrabatyvayutsya osnovy primeneniya etih yavlenii v tehnike. Vzaimodeistvie sveta so zvukom ispol'zuetsya v sovremennoi optike, optoelektronike, lazernoi tehnike dlya upravleniya kogerentnym svetovym izlucheniem. Akustoopticheskie ustroistva pozvolyayut upravlyat' amplitudoi, chastotoi, polyarizaciei, spektral'nym sostavom svetovogo signala i napravleniem rasprostraneniya svetovogo lucha. Vazhnoi oblast'yu prakticheskogo primeneniya akustoopticheskih effektov yavlyayutsya sistemy obrabotki informacii, gde akustoopticheskie ustroistva ispol'zuyutsya dlya obrabotki SVCh-signalov v real'nom masshtabe vremeni.

Pod deistviem mehanicheskih deformacii, perenosimyh zvukovoi volnoi, voznikaet prostranstvennaya modulyaciya opticheskih svoistv sredy, obuslovlennaya uprugo-opticheskim, ili fotouprugim, effektom (sm. Fotouprugost'). Opticheskie svoistva sredy menyayutsya vo vremeni s chastotoi zvukovoi volny, t. e. znachitel'no medlennee i po sravneniyu s periodom elektromagnitnyh kolebanii v svetovoi volne, i po sravneniyu so vremenem prohozhdeniya svetovogo lucha cherez zvukovoi puchok. V zavisimosti ot sootnosheniya mezhdu poperechnym razmerom padayushego opticheskogo puchka d i dlinoi zvukovoi volnm $\lambda$ rasprostranenie sveta v takoi srede soprovozhdaetsya yavleniyami libo akustoopticheskoi refrakcii, libo difrakcii sveta na ul'trazvuke. Difrakciya sveta proishodit ne tol'ko na vvodimoi izvne zvukovoi volne, no i na kollektivnyh vozbuzhdeniyah sredy - akusticheskih fononah, v rezul'tate chego voznikaet rasseyanie sveta so sdvigom chastoty vverh i vniz na velichinu chastoty fonona (Mandel'shtama-Brillyuena rasseyanie). V spektre rasseyannogo izlucheniya poyavlyayutsya pary sdvinutyh po chastote komponent Mandel'shtama-Brillyuena, otvechayushih rasseyaniyu sveta na prodol'nyh i poperechnyh akusticheskih fononah.

Akustoopticheskoe vzaimodeistvie svoditsya k effektam opticheskoi refrakcii i difrakcii lish' pri nizkih intensivnostyah opticheskogo izlucheniya. S povysheniem intensivnosti sveta vse vozrastayushuyu rol' nachinayut igrat' nelineinye effekty vozdeistviya sveta na sredu. Iz-za elektrostrikcii i effektov nagrevaniya sredy opticheskim izlucheniem v nei voznikayut peremennye uprugie napryazheniya i generiruyutsya zvukovye volny s chastotami ot slyshimyh do giperzvukovyh - t. n. optoakusticheskie ili fotoakusticheskie yavleniya.

V pole moshnogo opticheskogo izlucheniya v rezul'tate odnovremennogo protekaniya processov difrakcii sveta na UZ i generacii UZ-voln vsledstvie elektrostrikcii proishodit usilenie svetom UZ-volny. V chastnosti, pri rasprostranenii v srede intensivnogo lazernogo izlucheniya nablyudaetsya t. n. vynuzhdennoe rasseyanie Mandel'shtama-Brillyuena, pri kotorom proishodit usilenie lazernym izlucheniem teplovyh akusticheskih shumov, soprovozhdayusheesya narastaniem intensivnosti rasseyannogo sveta. K optoakusticheskim effektam otnositsya takzhe generaciya akusticheskih kolebanii periodicheski povtoryayushimisya svetovymi impul'sami, kotoraya obuslovlena peremennymi mehanicheskimi napryazheniyami, voznikayushimi v rezul'tate teplovogo rasshireniya pri periodicheskom lokal'nom nagrevanii sredy svetom.

Effekty akustoopticheskogo vzaimodeistviya ispol'zuyutsya kak pri fizicheskih issledovaniyah, tak i v tehnike. Difrakciya sveta na UZ daet vozmozhnost' izmeryat' lokal'nye harakteristiki UZ-polei. Po uglovym zavisimostyam difragirovannogo sveta opredelyayutsya diagramma napravlennosti i spektral'nyi sostav akusticheskogo izlucheniya. Analiz effektivnosti difrakcii v razlichnyh tochkah obrazca pozvolyaet vosstanovit' kartinu prostranstvennogo raspredeleniya intensivnosti zvuka. V chastnosti, na osnove akustoopticheskih effektov osushestvlyaetsya vizualizaciya zvukovyh polei. S pomosh'yu breggovskoi difrakcii udaetsya poluchit' informaciyu o spektral'nom, uglovom i prostranstvennom raspredelenii akusticheskih fononov v DV-oblasti fononnogo spektra. Etot metod predstavlyaet cennost' dlya izucheniya neravnovesnyh akusticheskih fononov, naprimer, v usloviyah fononnoi (akustoelektricheskoi) neustoichivosti v poluprovodnikah, obuslovlennoi usileniem UZ sverhzvukovym dreifom nositelei zaryada (sm. Akustoelektronnoe vzaimodeistvie).

Akustoopticheskaya difrakciya pozvolyaet takzhe izmeryat' mnogie parametry veshestva: skorost' i koefficient poglosheniya zvuka, moduli uprugosti 2-go, 3-go i bolee vysokih poryadkov, uprugooptich. postoyannye i dr. velichiny. Tak, iz usloviya Bregga po izvestnym znacheniyam chastoty UZ f i dliny volny sveta $\lambda$, i po izmerennomu uglu $2\theta_B$ mezhdu padayushim i difragirovannymi svetovymi luchami opredelyayut skorost' zvuka: czv=$\lambda f/2 \sin \theta_B$ (gde $2\theta_B$ - ugol Bregga). Na osnove poluchennyh takim obrazom znachenii szv, dlya razlichnyh napravlenii rasschityvaetsya polnaya matrica modulei uprugosti $C_{ij}$. Koefficient poglosheniya zvuka $\alpha$ mozhno naiti, sravnivaya intensivnosti $I_1$ i $I_2$ difragirovannogo sveta, izmerennye pri dvuh polozheniyah padayushego svetovogo lucha, smeshennyh drug otnositel'no druga na rasstoyanie a vdol' napravleniya rasprostraneniya zvukovoi volny:
$\alpha={\displaystyle 1\over\displaystyle 2a}\ln{\displaystyle I_1\over\displaystyle I_2}$.
Pri rasprostranenii v srede zvukovyh voln bol'shoi intensivnosti dannye o modulyah uprugosti vysshih poryadkov poluchayut izmeryaya s pomosh'yu breggovskoi difrakcii amplitudy voznikayushih v volne garmonik (sm. Nelineinaya akustika), kotorye proporcional'ny nelineinym modulyam uprugosti sootvetstvuyushih poryadkov.

Dlya issledovaniya dispersii skorosti zvuka i koefficienta ego poglosheniya na giperzvukovyh chastotah ispol'zuetsya rasseyanie Mandel'shtama-Brillyuena. Propuskaya cherez sredu luch kogerentnogo opticheskogo izlucheniya i fiksiruya ugol rasseyaniya $\theta$, mozhno iz uslovii Bregga po velichine spektral'nogo sdviga f komponent Mandel'shtama-Brillyuena opredelit' skorost' zvuka szv na dannoi chastote f. Na osnove izmerenii polushiriny $\delta f$ komponent Mandel'shtama-Brillyuena opredelyaetsya koefficient poglosheniya $\alpha$ na etoi chastote: $\alpha=2\pi\cdot\delta f/c_{zv}$.

Na osnove optoakusticheskoi generacii zvuka sozdan metod fotoakusticheskoi spektroskopii dlya polucheniya spektrov opticheskogo poglosheniya veshestv v razlichnyh fizicheskih sostoyaniyah. V etom metode koefficient poglosheniya sveta izmeryaetsya po intensivnosti zvukovyh kolebanii, vozbuzhdaemyh periodicheski preryvaemym svetom. Naprimer, pri periodicheskom nagreve gaza v nem voznikayut zvukovye kolebaniya s amplitudoi, proporcional'noi pogloshennoi svetovoi energii. Menyaya dlinu volny padayushego sveta, mozhno poluchit' fotoakusticheskii spektr veshestva - polnyi analog spektra poglosheniya, izmeryaemogo obychnymi metodami. Dostoinstvo fotoakusticheskoi spektroskopii v vysokoi chuvstvitel'nosti metoda, pozvolyayushego poluchat' spektry opticheskogo poglosheniya v shirokom diapazone svetovyh dlin voln, vklyuchayushem v sebya kak oblasti sil'nogo poglosheniya, tak i oblasti prozrachnosti; krome togo, etim metodom izmeryaetsya tol'ko ta chast' energii padayushego izlucheniya, kotoraya deistvitel'no pogloshaetsya veshestvom, a rasseyannoe izluchenie nikakogo vklada ne daet. Eto pozvolyaet issledovat' spektry poglosheniya obrazcov s plohim kachestvom poverhnosti: poroshkov, ryhlyh, poristyh materialov, biologicheskih ob'ektov.

Akustoopticheskie ustroistva. Na osnove effektov difrakcii i refrakcii sveta na UZ sozdayutsya aktivnye opticheskie elementy, pozvolyayushie upravlyat' vsemi parametrami svetovogo lucha, a takzhe obrabatyvat' informaciyu, nositelem kotoroi yavlyayutsya kak svetovaya, tak i zvukovaya volny. Osnovu takih ustroistv sostavlyaet akustoopticheskaya yacheika (AOYa), sostoyashaya iz rabochego tela (tverdotel'nogo obrazca ili kyuvety s zhidkost'yu), v ob'eme kotorogo proishodit vzaimodeistvie sveta s UZ-volnoi, i izluchatelya UZ (obychno p'ezoelektricheskogo preobrazovatelya). V zavisimosti ot naznacheniya imeetsya neskol'ko tipov akustoopticheskih priborov: deflektory, modulyatory, fil'try, processory i dr.

Akustoopticheskie deflektory i skanery - ustroistva dlya upravleniya napravleniem svetovogo lucha v prostranstve. Skanery prednaznachayutsya dlya nepreryvnoi razvertki lucha; v deflektore imeetsya nabor fiksirovannyh napravlenii, po kotorym dolzhen otklonyat'sya svetovoi luch.

V difrakcionnom deflektore (ris. 1) luch sveta padaet na AOYa, v kotoroi vozbuzhdaetsya zvukovaya volna chastoty f i v rezul'tate breggovskoi difrakcii chastichno otklonyaetsya. Pri izmenenii f menyaetsya i ugol otkloneniya difragirovannogo lucha i luch peremeshaetsya po ekranu fotopriemnogo ustroistva. Ispol'zovanie chastotno-modulirovannyh zvukovyh signalov (sm. Modulyaciya kolebanii) pozvolyaet upravlyat' napravleniem svetovogo lucha. Chtoby izmenit' napravlenie difragirovannogo lucha pri neizmennom ugle padeniya sveta na AOYa, neobhodimo odnovremenno s chastotoi menyat' i napravlenie rasprostraneniya zvukovoi volny, tak chtoby uslovie Bregga vypolnyalos' povsyudu vnutri intervala $\Delta f$ zvukovyh chastot - t. n. polosy propuskaniya deflektora. $\Delta f$ opredelyaet i dr. parametry pribora: maksimal'noe uglovoe peremeshenie lucha difragirovannogo sveta
$\psi={\displaystyle\lambda\over\displaystyle c_{zv}\cos\theta_B}\Delta f$
i razreshayushuyu sposobnost' N, t. e. chislo razlichimyh polozhenii svetovogo lucha v predelah $\psi$. Razreshayushaya sposobnost' opredelyaetsya velichinoi $\psi$ i uglovoi rashodimost'yu $\gamma_{opt}$ svetovogo puchka: $N=\psi / \gamma_{opt}=\psi d/ \lambda$, gde d - poperechnyi razmer svetovogo puchka. Vazhnoi harakteristikoi ustroistv prostranstvennogo upravleniya luchom yavlyaetsya takzhe effektivnost' difrakcii $\eta=I_1/I_0$ - otnoshenie intensivnosti I1 otklonennogo sveta k intensivnosti I2 padayushego. V prosteishem sluchae usloviya Bregga vypolnyayutsya blagodarya rashodimosti akusticheskogo puchka. Rashodyashiisya puchok mozhno rassmatrivat' kak sovokupnost' ploskih voln, volnovye vektory kotoryh lezhat vnutri uglovogo intervala $\gamma$ak. Dlya zadannoi chastoty zvuka f difrakciya budet proishodit' lish' na toi komponente puchka, dlya kotoroi volnovoi vektor udovletvoryaet usloviyu Bregga. Pri izmenenii f etomu usloviyu udovletvoryaet uzhe drugaya komponenta puchka. Pri ispol'zovanii izotropnogo materiala v kachestve rabochego tela AOYa $\psi=2\gamma_{ak}\approx 2\Lambda/D$, gde D - poperechnyi razmer zvukovogo puchka, $\Lambda$ - dlina volny zvuka. V sootvetstvii s etim polosa propuskaniya $\Delta f$ i razreshayushaya sposobnost' N okazyvayutsya proporcional'nymi rashodimosti akusticheskogo puchka:
$\\Delta f=2\cdot{\displaystyle c_{zv}\cos\theta_B\over\displaystyle\lambda}\gamma_{ak}, N={\displaystyle 2\gamma_{ak}d\over\displaystyle\lambda}$
Dlya deflektora s vysokoi razreshayushei sposobnost'yu trebuetsya znachitel'naya rashodimost' zvukovogo puchka, a sledovatel'no, ego minimal'naya shirina D. Umen'shenie effektivnosti $\eta$, vyzvannoe umen'sheniem dliny akustoopticheskogo vzaimodeistviya, kompensiruyut uvelicheniem vvodimoi akusticheskoi moshnosti. Odnako s uvelicheniem N padaet effektivnost' ispol'zovaniya etoi moshnosti, t. k. na difrakciyu sveta rashoduetsya lish' 1/N ee chast'.

Primenenie v AOYa dvulucheprelomlyayushih materialov pozvolyaet sushestvenno uluchshit' harakteristiki deflektorov. S etoi cel'yu ispol'zuetsya anizotropnaya difrakciya sveta vblizi minimogo znacheniya ugla Bregga $\theta_{min}$. Pri padenii sveta na zvukovoi puchok pod uglom $\theta_{min}$ nebol'shaya rashodimost' zvukovogo puchka obespechivaet vypolnenie usloviya Bregga dlya dostatochno shirokogo diapazona akusticheskih chastot, a sledovatel'no, i znachitel'nyi interval uglov otkloneniya difragirovannogo sveta. Eto pozvolyaet pol'zovat'sya shirokim akusticheskim puchkom, chto snizhaet akusticheskuyu moshnost', neobhodimuyu dlya polucheniya vysokoi effektivnosti difrakcii $\eta$, i daet znachitel'nyi vyigrysh v razreshenii po sravneniyu s deflektorami, v kotoryh ispol'zuyutsya izotropnye materialy. Odnako rabochie chastoty takih priborov lezhat obychno v gigagercevom diapazone.

Upravlyat' difragirovannym luchom mozhno ispol'zuya t. n. fazirovannuyu reshetku izluchatelei - stupenchatuyu sistemu sdvinutyh po faze preobrazovatelei, parametry kotoroi podbirayutsya takim obrazom, chtoby front volny, otvechayushei central'noi chastote polosy propuskaniya, byl parallelen ploskosti otdel'nogo preobrazovatelya, a pri izmenenii chastot front povorachivalsya by tak, chtoby kompensirovat' sootvetstvuyushee prirashenie ugla Bregga. Etot sposob vozbuzhdeniya zvuka pozvolyaet v neskol'ko raz uvelichit' polosu propuskaniya i razreshayushuyu sposobnost' deflektorov. Sushestvuyut akustoopticheskie deflektory, osushestvlyayushie dvuhkoordinatnos otklonenie svetovogo lucha. V etom sluchae ispol'zuyutsya dva skreshennyh odnomernyh deflektora, kotorye mogut byt' sovmesheny v odnoi akustoopticheskoi yacheike, esli v nei vozbuzhdayutsya akusticheskie volny v dvuh vzaimno perpendikulyarnyh napravleniyah. Sovremennye deflektory pozvolyayut poluchat' $10^3-10^4$ razreshimyh elementov so vremenem perehoda ot odnogo elementa k drugomu poryadka $10^{-6}-10^{-7}$ s. Dolya otklonennogo sveta dostigaet neskol'kih desyatkov procentov pri potreblyaemoi akusticheskoi moshnosti 0,1 - 1 Vt.

V ustroistvah, osnovannyh na akustoopticheskoi refrakcii, otklonenie svetovogo lucha osushestvlyaetsya v rezul'tate iskrivleniya ego puti pri prohozhdenii cherez sredu, v kotoroi stoyachei ili begushei zvukovoi volnoi sozdaetsya neodnorodnaya deformaciya. Takie ustroistva predstavlyayut soboi otnositel'no nizkochastotnye pribory ($f\leq$0,5 MGc), osushestvlyayushie razvertku svetovogo puchka po sinusoidal'nomu zakonu. Kpd refrakcionnyh ustroistv mal, t. k. lish' nichtozhnaya chast' zvukovoi energii, zaklyuchennoi v ob'eme AOYa, rashoduetsya na otklonenie svetovogo lucha.

Akustoopticheskie modulyatory - pribory, upravlyayushie intensivnost'yu svetovyh puchkov na osnove pereraspredeleniya svetovoi energii mezhdu prohodyashim i difragirovannym svetom. Obychno ispol'zuetsya modulyaciya difragirovannogo sveta, t. k. 100%-naya modulyaciya prohodyashego izlucheniya trebuet znachitel'nyh akusticheskih moshnostei. Akustoopticheskii modulyator predstavlyaet soboi AOYa, v kotoroi rasprostranyaetsya amplitudno-modulirovannaya zvukovaya volna. Padayushii na AOYa svet chastichno difragiruet, i otklonennyi luch prinimaetsya fotopriemnym ustroistvom. V modulyatorah ispol'zuetsya kak breggovskaya difrakciya, tak i difrakciya Ramana-Nata. Bystrodeistvie modulyatora opredelyaetsya vremenem prohozhdeniya zvukovogo signala cherez poperechnoe sechenie svetovogo puchka i okazyvaetsya $\sim 10^{-6}-10^{-7}$ s. Akustoopticheskie modulyatory pri maksimal'noi prostote konstrukcii pozvolyayut osushestvlyat' takie slozhnye operacii, kak parallel'naya obrabotka informacii v akustoopticheskih processorah.

Akustoopticheskie fil'try - ustroistva, pozvolyayushie vydelit' iz shirokogo spektra opticheskogo izlucheniya dostatochno uzkii interval dlin svetovyh voln, udovletvoryayushih usloviyu Bregga. Izmenyaya chastotu zvuka, mozhno vydelyaemyi interval peremeshat' po opticheskomu spektru v shirokih predelah.

Kak pravilo, v akustoopticheskih fil'trah ispol'zuetsya anizotropnaya difrakciya v dvulucheprelomlyayushih kristallah (ris. 2). Na AOYa 1 padaet ploskopolyarizovannyi svet, stepen' polyarizacii kotorogo kontroliruetsya polyarizatorom 2. V AOYa v rezul'tate anizotropnoi breggovskoi difrakcii v uzkom spektral'nom intervale voznikaet opticheskoe izluchenie drugoi polyarizacii. Nalichie ego opredelyaetsya analizatorom 3. Monohromaticheskii zvuk sozdaetsya elektroakusticheskim preobrazovatelem 4. Effektivnost' fil'trov uvelichivaetsya s rostom dliny vzaimodeistviya sveta so zvukom $\mathcal{L}$, poetomu v nih ispol'zuetsya, kak pravilo, kollinearnaya difrakciya, pri kotoroi napravleniya rasprostraneniya sveta i zvuka sovpadayut (ris. 2, a), hotya izvestny akustoopticheskie fil'try i s nekollinearnymi vzaimodeistviyami (ris. 2, b). Shirina polosy propuskaniya fil'tra $\Delta\lambda_0$ (gde $\lambda_0$ - dlina volny sveta v vakuume) opredelyaetsya spektral'noi shirinoi izlucheniya, voznikayushego v rezul'tate breggovskoi difrakcii. Dlya kollinearnoi difrakcii $\Delta\lambda_0={\displaystyle\lambda_0^2\over\displaystyle 2|n_1-n_0|\mathcal{L}}$, gde n0 - pokazatel' prelomleniya padayushego sveta, n1 - difragirovannogo. V real'nyh ustroistvah shirina polosy propuskaniya zavisit, krome togo, ot rashodimosti kak svetovogo, tak i akusticheskogo puchkov i spektral'nogo sostava akusticheskogo signala. Velichina $\Delta\lambda_0$ sushestvenno zavisit ot vybora uchastka elektromagnitnogo spektra; v vidimom diapazone dlya sovremennyh akustoopticheskih fil'trov ona ne prevyshaet neskol'kih \AA. Effektivnosti imeyushihsya fil'trov sostavlyayut 50-100% pri intensivnosti zvuka Iak $\sim$ 1 Vt/sm2 i $\mathcal{L}\sim$ neskol'kih sm. Diapazon opticheskoi perestroiki opredelyaetsya shirinoi polosy chastot elektroakusticheskogo preobrazovatelya i chastotnoi zavisimost'yu poglosheniya UZ. Kak pravilo, on dostatochen dlya perekrytiya vsego opticheskogo diapazona.

Akustoopticheskie ustroistva ispol'zuyutsya kak dlya vneshnego upravleniya svetovym luchom, tak i dlya upravleniya processom generacii i parametrami kogerentnogo izlucheniya vnutri opticheskogo kvantovogo generatora. Pomeshennaya vnutri opticheskogo rezonatora AOYa moduliruet ego dobrotnost' i otklonyaet lazernyi luch dlya vyvoda ego iz rezonatora. Ispol'zovanie akustoopticheskih fil'trov v lazerah s shirokim spektrom generacii pozvolyaet poluchat' uzkie linii izlucheniya, perestraivaemye vnutri diapazona generacii izmeneniem akusticheskoi chastoty. Vvedenie akusticheskoi volny neposredstvenno v aktivnuyu sredu pozvolyaet osushestvlyat' raspredelennuyu obratnuyu svyaz', pri kotoroi pereotrazheniya svetovogo izlucheniya voznikayut v rezul'tate difrakcii ego na UZ-volne. Raspredelennaya obratnaya svyaz' obespechivaet vysokuyu spektral'nuyu selektivnost' i pozvolyaet upravlyat' intensivnost'yu generiruemogo sveta, menyaya effektivnost' obratnoi svyazi za schet izmeneniya amplitudy zvukovoi volny.

Akustoopticheskie processory. Akustoopticheskie pribory, rassmotrennye vyshe, sluzhat osnovoi dlya sozdaniya ustroistv obrabotki SVCh-signalov - t. n. processorov, kotorye, v otlichie ot cifrovyh vychislitel'nyh mashin, pozvolyayut proizvodit' obrabotku informacii v real'nom masshtabe vremeni. V akustoopticheskom processore peremennyi vo vremeni elektricheskii signal preobrazuetsya elektroakusticheskim preobrazovatelem v UZ-volnu, kotoraya, rasprostranyayas' v AOYa, sozdaet prostranstvennoe zvukovoe izobrazhenie signala. Pri difrakcii sveta na zvukovom signale v difragirovannom izluchenii voznikaet opticheskoe izobrazhenie signala, k-roe zatem obrabatyvaetsya s pomosh'yu razlichnyh opticheskih elementov: linz, zerkal, diafragm, transparantov i dr. Obrabotka signala osushestvlyaetsya putem odnovremennogo schityvaniya vsei zapasennoi v zvukovom impul'se informacii. Akustoopticheskie processory osushestvlyayut bystroe, v real'nom masshtabe vremeni, fur'e-razlozhenie SVCh-signala, chastotnuyu fil'traciyu signala, nahozhdenie funkcii korrelyacii issleduemogo signala s zadannym i drugie operacii.

Deistvie processorov, prednaznachennyh dlya analiza spektra ili chastotnoi fil'tracii SVCh-signala, osnovano na preobrazovanii chastotnogo spektra zvukovogo signala v uglovoi spektr difragirovannogo sveta. Po uglovomu raspredeleniyu ego intensivnosti mozhno poluchit' spektral'nuyu harakteristiku SVCh-signala. Pomeshaya na puti svetovyh luchei opticheskie transparanty s peremennoi prozrachnost'yu, izmenyayut uglovoe raspredelenie intensivnosti difragirovannogo sveta i tem samym poluchayut na vyhode fotopriemnogo ustroistva fil'trovannyi elektricheskii signal.

V processore dlya fur'e-razlozheniya signala s ispol'zovaniem difrakcii RamanaNata (ris. 3) monohromaticheskii svet padaet na AOYa 1, v kotoroi rasprostranyaetsya zvukovoi signal, yavlyayushiisya prostranstvennym izobrazheniem elektricheskogo signala S(t) na vhode AOYa. V rezul'tate v fokal'noi ploskosti aa' linzy 2 voznikaet raspredelenie intensivnosti sveta I, kotoroe kak funkciya rasstoyaniya x do osi linzy opredelyaetsya spektral'noi harakteristikoi $\tilde S(\omega)$ vvodimogo signala:
$I(x)\sim|\tilde S({\displaystyle kx\over\displaystyle F})|^2$
gde $\tilde S(\omega)$ fur'e-obraz SVCh-signala S(t), k volnovoe chislo svetovoi volny, F fokusnoe rasstoyanie linzy 2. Raspredelenie fototoka, izmerennoe fotodetektorom 4 v ploskosti aa', daet spektral'noe raspredelenie vhodnogo signala S(t). Strukturnaya shema processorov, ispol'zuyushih breggovskuyu difrakciyu, otlichaetsya tol'ko sposobom vvoda svetovogo puchka v AOYa. Poskol'ku pri difrakcii Bregga ugol padeniya svetovogo lucha strogo zadan, to dlya osushestvleniya difrakcii na vseh chastotah, vhodyashih v spektr zvukovogo signala, neobhodimo osveshenie AOYa rashodyashimsya svetovym puchkom.

Akustoopticheskie processory ispol'zuyutsya dlya szhatiya radioimiul'sa s lineinoi chastotnoi modulyaciei (ris. 4). Takoi signal sozdaet v AOYa akusticheskuyu volnu, dlina kotoroi menyaetsya vdol' napravleniya rasprostraneniya, poetomu pri difrakcii Bregga ugly otkloneniya sveta na razlichnyh uchastkah zvukovogo impul'sa budut razlichny. Szhatie impul'sa obuslovleno tem, chto svetovye luchi, otklonyaemye otdel'nymi uchastkami zvukovogo impul'sa, popadayut na fotodetektor odnovremenno.

Akustoopticheskii korrelyator prednaznachen dlya nahozhdeniya funkcii korrelyacii dvuh signalov issleduemogo S(t) i opornogo r(t):
$\varphi(t)=\int\limits_{-\infty}^\infty S(\tau-t)r(\tau)d\tau$.
Deistvie korrelyatora osnovano na opticheskom peremnozhenii izobrazhenii etih signalov. Svet v akustoopticheskom modulyatore, difragiruya na zvukovoi volne, modulirovannoi signalom S(t), formiruet opticheskoe izobrazhenie etogo signala. Dalee difragirovannyi svet prohodit cherez prostranstvennyi fil'tr, propuskanie kotorogo menyaetsya po zakonu r(x) i sobiraetsya na fotopriemnom ustroistve, na vyhode kotorogo voznikaet signal, proporcional'nyi funkcii korrelyacii $\varphi(t)$. V kachestve prostranstvennogo fil'tra mozhet ispol'zovat'sya vtoroi akustoopticheskii modulyator, v kotorom UZ-volny moduliruyutsya signalom r(t). V akustoopticheskih korrelyatorah ispol'zuetsya kak difrakciya RamanaNata, tak i breggovskaya difrakciya (ris. 5). Esli v modulyatorah 1 i 1' rasprostranyayutsya odinakovye akusticheskie signaly, to svetovye luchi, proshedshie cherez nih, budut parallel'ny padayushemu luchu. Svet fokusiruetsya linzoi 2 na fotodetektore 3, signal s kotorogo v etom sluchae budet maksimal'nym. Esli zhe signaly S i r neodinakovy, to signal na vyhode fotodetektora budet proporcionalen funkcii vzaimnoi korrelyacii.

Processory na osnove razlichnyh akustoopticheskih ustroistv mogut rabotat' v shirokom diapazone chastot, vplot' do 10 GGc. Oni primenyayutsya v razlichnyh sistemah obrabotki informacii, osobenno tam, gde imeyutsya ogranicheniya po gabaritam, vesu i energopotrebleniyu apparatury.

Akustoopticheskoe vzaimodeistvie v opticheskih volnovodah. V opticheskih volnovodah, predstavlyayushih soboi tonkii sloi prozrachnogo materiala na poverhnosti podlozhki (t. n. planarnye volnovody), voznikaet vzaimodeistvie opticheskih volnovodnyh mod s poverhnostnymi akusticheskimi volnami (PAV), obychno releevskimi. V rezul'tate poyavlyaetsya svet, rasprostranyayushiisya vdol' ploskosti volnovoda, no otklonennyi ot svoego pervonachal'nogo napravleniya. Dlya effektivnoi difrakcii neobhodimo, chtoby v ploskosti volnovoda svetovye luchi padali na puchok PAV pod sootvetstvuyushim breggovskim uglom. Poskol'ku dazhe v izotropnoi volnovodnoi sisteme skorosti rasprostraneniya raznyh opticheskih mod otlichny drug ot druga, to pri razlichnyh uglah padeniya svetovogo puchka vozmozhna kak difrakciya sveta bez izmeneniya nomera mody, analogichnaya obychnoi breggovskoi difrakcii, tak i difrakciya, pri kotoroi padayushii i difragirovannyi svet prinadlezhit k raznym volnovodnym modam. V poslednem sluchae zakony difrakcii analogichny zakonomernostyam anizotropnoi difrakcii, voznikayushei pri vzaimodeistvii ob'emnyh voln v dvulucheprelomlyayushei srede. V volnovodnyh sistemah raspredelenie kak elektromagnitnyh polei dlya opticheskoi mody, tak i polya deformacii v PAV neodnorodno v poperechnom sechenii volnovoda. Effektivnost' akustoopticheskoi difrakcii v opticheskom volnovode sil'no zavisit ot stepeni perekrytiya etih polei. Ona maksimal'na, kogda glubiny proniknoveniya sveta i zvuka v volnovodnyi sloi odnogo poryadka.

Glossarii Astronet.ru


Publikacii s klyuchevymi slovami: akustika - optika
Publikacii so slovami: akustika - optika
Karta smyslovyh svyazei dlya termina AKUSTOOPTIKA
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mnenie chitatelya [1]
Ocenka: 2.8 [golosov: 115]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya