Акустичні модулятори на подвійному променезаломленні

Принцип дії акустичного модулятора, робота якого базується на подвійному променезаломленні, такий самий, як і електрооптичного. Відмінність полягає тільки в тому, що різниця фаз  світлових хвиль створюється під дією механічних напруг, а не електричного поля. Принципова схема такого модулятора приведена на рис.1.

Деформація в акустичному модуляторі створюється поздовжньою стоячою акустичною хвилею, яка поширюється вздовж осі OZ.

, (14)

де  - частота коливань, – хвильовий вектор акустичної хвилі, U_o – амплітуда коливань.

Ця деформація викликає зсув фаз між двома променями:

, (15)

(де р – ефективний пружнооптичний коефіцієнт), що приведе до зміни інтенсивності світла на виході фотопружного модулятора на подвійному променезаломленні:

, (16)

де І_о – інтенсивність світла на вході.

Оскільки в даному випадку зсув фаз  залежить від z, то правильніше буде виразити інтенсивність випромінювання, яке пройшло через модулятор, через інтеграл по z в межах ширини світлового пучка D, тобто:

, (17)

або

. (18)

Для більшості фотопружних модуляторів має місце наступне співвідношення:

, (19)

де  - довжина хвилі звуку, а – ціле число.

Проінтегрувавши (18) з урахуванням (14), (15) і (19) отримаємо:

. (20)

Відмітимо, що сумарна інтенсивність не залежить від числа півхвиль звука а, які вкладаються на ширині світлового променя. Розклавши другий член рівняння (20) в ряд Фурє, отримаємо:

, (21)

де ; J_o, J₁, J₂ – функції Бесселя.

Аналізуючи вираз (21), неважко помітити, що світло, модульоване тільки парними гармоніками частоти :

(22)

Максимальне миттєве значення інтенсивності світла на виході модулятора досягається при =3,83 і складає 70 % І_о. При цьому І_2 і І_4 відповідно рівні:

(23)

спотворення сигналу досягає 30%.

При малих _о, коли має місце чисто синусоїдальна модуляція, ефективність модулятора:

. (24)

Фотопружні модулятори на подвійному променезаломленні є вузькополосними пристроями, які працюють на фіксованих (власних) частотах. Нижня частота модуляції визначається швидкістю поширення пружної деформації () і поперечними розмірами середовища (L)

(25)

Верхня робоча частота (f_В) обмежується можливістю одержання достатньо інтенсивної деформації і в залежності від типу перетворювачів може досягти порядку мегагерц-гігагерц.

На відміну від електрооптичних модуляторів, в яких можливі зміщення робочої точки і використання залежності I ~ sin, модуляція за рахунок подвійного променезаломлення, викликаного фотопружністю, здійснюється тільки на нелінійній ділянці модуляційної характеристики, тобто там, де I ~ sin² /2. Це пов’язано з тим, що знак  в сусідніх півхвилях стоячої хвилі різний.

Акустооптичні модулятори на подвійному променезаломленні дозволяють працювати з великою розбіжністю світлового пучка: при куті розбіжності до  8^о інтенсивність світла падає всього в два рази. Це дозволяє використовувати в модуляторах неточкові джерела випромінювання і тим самим компенсувати великі втрати світла в таких модуляторах.