Задача №10.
Разработать коды управления однокоординатным 3х-каскадным цифровым дефлектором, считая при Uупр=0-код “0”, а при Uупр=U/2-код “1”. Изобразить ход лучей и определить максимальное отклонение при использовании кристалла исландского шпата (=60, l=2мм) (см. рис.5.5).
5.3 Акустооптические дефлекторы (аод)
5.3.1 Акустооптический дефлектор (АОД) работает по аналогии с АОМ в режиме брэгговского взаимодействия. При этом оказывается, что положение выходного дифракционного луча зависит от частоты (длины волны) акустической волны (рис.5.6,а)
Если
бы акустическая волна не обладала
расходимостью (
),
то условие Брэгга выполнялось бы строго
на однойfак,
а при любом отклонении от неё дифракционный
максимум пропадал. Однако, благодаря
расходимости акустической волны (по
аналогии с оптической расходимостью
(5.1), которая определяется размером
излучающей апертуры), равной
, (5.6)
условие Брэгга сохраняется в полосе частот, которая обеспечивает сектор сканирования, численно равный акустической расходимости, т.е.
. (5.7)
Из условия для угла Брэгга (4.4) заменив sin его аргументом для малых (так как б обычно менее 100) и взяв приращения, с учетом (5.7) и (5.6) получим
, (5.8)
откуда полоса частота
, (5.9)
где Vак- скорость акустической волны. Формула (5.9) выражает также и полосу рабочих частот АОМ, что уже указывалась в п.4.4.4.
Быстродействие АОД определяется временем прохода акустической волной поперечного сечения оптического луча, т.е.
. (5.10)
Разрешающая способность АОД как и любого дефлектора определяется отношением полного сектора сканирования 2 к расходимости оптического луча внутри кристалла
. (5.11)
Подставив в (5.11) значение из (5.8), получим:
. (5.12)
Из (5.12) видно, что для повышения N (или сектора сканирования) нужно уменьшать l и увеличивать диаметр луча D, но при этом быстродействие падает. В реальных конструкциях при частотах fак=100-600 МГц, =5-10мкс. При этом применяются те же материалы, что и в АОМ, но разрешающая способность N увеличивается применением кристаллов с двойным лучепреломлением.
Акустооптические дефлекторы применяются не только в оптоэлектронике по прямому назначению, но и для аналоговой обработки радиосигналов. Например, на рис.5.6,б показан анализатор спектра (частотомер) радиочастот.
Исследуемый радиосигнал подаётся на ВШП-1 (непосредственно или после гетеродинирования), который возбуждает в оптическом планарном волноводе акустическую волну–2. ППЛ-3 после каллимации волноводной линзой–4 излучает луч диаметром D, который взаимодействует с акустической волной. После линзы–5 дифракционный луч попадает на линейный фотоприёмник-6, с которого снимается информация о частоте или спектре частот радиосигнала, так как положение точки фокусировки определяется частотой. Если на ВШП подаётся спектр частот, то каждой частотной составляющей будет соответствовать свой дифракционный луч со своей амплитудой. Для контроля работы ППЛ служит контрольный фотоприёмник-7.
Рис.5.6. Акустооптический дефлектор и его применение