[發(fā)明專利]一種寬光譜聲光調(diào)制空間光模糊剝離系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110308565B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 李立;郭海超
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G02B27/14
• 分類號: G02B27/14;G02B27/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發(fā)明一種寬光譜聲光調(diào)制空間光模糊剝離系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：寬光譜光源、聲光調(diào)制器、聲光調(diào)制驅動、橢球反射鏡、空間孔徑光闌、黑體吸收腔；其中寬光譜光源發(fā)射的光以布拉格衍射角入射至聲光調(diào)制器進行調(diào)制，聲光調(diào)制驅動控制聲光調(diào)制器出射級或級衍射光束；從聲光調(diào)制器出射的級或級衍射光束再經(jīng)橢球反射鏡反射，級衍射光束反射到達孔徑光闌，級衍射光束達到黑體吸收腔并被黑體吸收腔吸收。本發(fā)明是利用光學橢球反射鏡裝置實現(xiàn)光束模糊抑制的方法，對聲光調(diào)制器輸出的衍射光束和透射光束進行剝分離。

技術領域

本發(fā)明屬于通信領域，涉及一種聲光調(diào)制空間光模糊剝離系統(tǒng)。

背景技術

聲光調(diào)制的原理是超聲波在介質(zhì)中作用，介質(zhì)受到超聲波的縱波彈性變化而產(chǎn)生不同的折射系數(shù)變化，而在另外方向透入介質(zhì)的光束由于折射系數(shù)的變化而發(fā)生變化，光束的光強也會隨之改變。聲光調(diào)制信息就是調(diào)制控制聲波的功率，影響折射系數(shù)的附加位相，這樣就可以把調(diào)制聲波功率的信息映射到輸出光有無衍射。

介質(zhì)中的聲波是平面縱波，設波長為Λ，波矢為K，超聲波引起的介質(zhì)的折射系數(shù)變化的關系為：

n(x)＝n₀-ΔnsinKx (1.1)

其中折射系數(shù)變化量Δn與超聲波的介質(zhì)的彈性模量有關。

折射系數(shù)的周期性變化可以看成是對入射光束進行周期性的相位改變，類似于位相光柵的作用。如圖1所示，光束傳播的方向為y方向，波束寬度為q，入射的光波可以表示為f(t)＝Ae^iωt。光束經(jīng)過介質(zhì)后由于超聲波對介質(zhì)折射系數(shù)的影響，原來的光束波面被調(diào)制，因此輸出光振幅g(t)可以表示為：

令Δn＝μ,υ＝2πμL/λ，則上式實部和虛部可分別表示為：

其中cos(υsinKx)和sin(υsinKx)可展開如下：

其中，J_r是r階Bessel函數(shù)，∑'表示J₀的系數(shù)是1。這樣式(1.3)中實部可表示為：

式1.5的虛部為零，設θk±m(xù)K＝α″，其中m代表式1.5中的2r或(2r+1)。函數(shù)處于極大值時，則α″q＝0。因此可得θk±m(xù)K＝0時光強達到最大值，即光束按照Bessel函數(shù)的峰值強度分布。圖1所示的聲光調(diào)制光束與聲波方向之間垂直，而對于斜入射角度滿足條件sin(θ/2)＝K/2k時，聲光調(diào)制的衍射方式為布拉格衍射，滿足布拉格衍射條件的聲光調(diào)制推導和上面類似。1)聲光調(diào)制渡越時間分析。根據(jù)聲光調(diào)制器的原理，如圖1所示，聲波跨過光束需要一定的渡越時間，即光束的強度變化對于聲波強度變化的響應不是即時的。設聲波在介質(zhì)中傳播速度為v_s，可以計算聲波穿越光束寬度需要的時間為τ＝q/v_s。這說明衍射光束是聲波沒有完全渡越光束的部分調(diào)制的空間光束，也即衍射光束有部分沒有衍射，衍射光束與未衍射光束的混合。以氧化碲介質(zhì)為例，聲波傳播速度v_s＝616μm/μs，波束寬度為2mm，所以聲波渡越光束寬度的時間τ＝3.25μs，直接影響聲光調(diào)制器的消光比。介質(zhì)中的聲波傳播速度是固定的，只有改變波束寬度可以減小渡越時間，以提高消光比和調(diào)制帶寬。

2)可見光寬光譜調(diào)制分析。由式1.5可以得到衍射角θ＝±m(xù)K/k，可以得出衍射角度與光波長及聲波波長有關，而與光束寬度沒有關系。可見光的譜段波長不同，光波矢k不同，因此同級衍射角也不同，這樣就出現(xiàn)了衍射波束模糊不能分離的問題。對于波長λ＝400nm到λ＝700nm的可見光譜段，設觀察屏與聲光調(diào)制器距離為L，波束空間寬度為q，此時衍射角度Ltanθ≤q，在觀察屏上透射光束和衍射光束沒有有效分離。