Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При распространении ультразвуковой волны в оптически прозрачной среде плотность этой среды и ее показатель пре­ломления периодически меняются с частотой ультразвуковых колебаний. В результате образуется периодическая структура типа фазовой дифракционной решетки, которая может быть либо бегущей со скоростью распространения звука в среде (если звуковая волна распространяется в одном направлении),

либо стоячей (если звуковая волна испытывает отражение и происходит интерференция прямой и обратной волн).

Оптическая волна с плоским фронтом, проходя через такую периодическую структуру (рис. 39), испытывает дифракцию. Часть энергии оптической волны отклоняется от прежнего на­правления распространения, образуя дифрагированные волны. Кроме недифрагированной волны (волны «нулевого порядка»), возникают симметричные относительно нее дифрагированные волны первого, второго и более высоких порядков, отклоненные от исходного направления на углы 0ь 02,…, 0Р, величины ко­торых определяются формулой

0p = arcsin y-j, (3.14)

где р — порядок дифракции (1, 2,…); X— длина волны опти­ческого излучения; Я, а — длина акустической волны в среде, рав: ная отношению скорости акустической волны в данной среде va к частоте ультразвуковых колебаний fa. Типичные значения va составляют для жидких сред (1—2) • 103 м/с и для твердых (3— 5) • 103 м/с, а /а обычно имеет порядок 10е Гц, что дает углы ди­фракции первого порядка ~1°.

Если на пути вышедших из среды пучков поставить линзу, как показано на рис. 39, то в фокальной плоскости последней получится ряд пятен, соответствующих фокусировке волн нуле­вого и боковых порядков. Вырезав при помощи диафрагмы, ска­жем, пятно нулевого порядка и «убрав», таким образом, осталь­ные волны, мы получим волну, интенсивность которой зависит от соотношения энергии волн различных порядков. Это соотно­шение определяется интенсивностью пространственной модуля­ции среды ультразвуковой волной (амплитудой периодических изменений показателя преломления), которая в свою очередь зависит от мощности генератора, создающего ультразвуковую волну (технически она обычно создается подачей напряжения от радиочастотного генератора с частотой /а на электрострик — ционный преобразователь электрических колебаний в механиче­ские — пластинку или пленку из специального материала, де­формируемую напряжением генератора и находящуюся в кон­такте со средой акустооптического модулятора, что схематиче­ски показано на рис. 39).

Из вышесказанного ясно, что в устройстве с бегущей [11] уль­тразвуковой волной, изображенном на рис. 39, интенсивность проходящего излучения можно модулировать, изменяя по необ­ходимому закону мощность генератора частоты fa. Частота мо­дуляции, разумеется, должна быть ниже частоты fa, а широко — полосность модулятора обычно определяется свойствами элек- трострикционного преобразователя.

Амплитудные акустооптические модуляторы описанного типа обладают меньшей широкополосностью, чем электрооптические модуляторы, однако их достоинством является сравнительно не­большая мощность, необходимая для модуляции оптического излучения, а также малые оптические потери в таких модуля­торах. В качестве среды, в которой распространяется ультра­звуковая волна, используют такие материалы, как кварц, неко­торые типы стекол, спирт, воду и т. п.

Анализ работы акустооптического модулятора с бегущей ультразвуковой волной показывает, что частота оптических ко­лебаний в дифрагированных волнах отличается от частоты ко­лебаний исходной волны на величину pfa (р — порядок дифрак­ции). Поэтому иногда такие акустооптические устройства ис­пользуются для сдвига частоты полученных от лазера колеба­ний на определенную величину (необходимость в таком сдвиге частоты возникает, например, при гетеродинном приеме оптиче­ских сигналов — см. § 13).

Если поглотитель акустических колебаний в модуляторе, схе­матически изображенном на рис. 39, заменить отражателем, то в среде установится стоячая ультразвуковая волна, образую­щаяся в результате интерференции прямой и отраженной волн. В таком устройстве волна нулевого порядка окажется модули­рованной по амплитуде с частотой 2fa, поскольку узлы и пучно­сти стоячей волны образуются и исчезают дважды за период ко­лебаний. Устройства этого типа могут применяться для высоко­частотной модуляции излучения на фиксированных или плавно изменяемых в небольшом диапазоне частотах, что необходимо, например, в геодезических фазовых светодальномерах. Благо­даря малым оптическим потерям такие устройства использу­ются также в качестве внутрирезонаторных модуляторов для синхронизации мод в твердотельных и газовых лазерах.

Основной операцией в процессе приема оптических сигна­лов является, как правило, преобразование оптического сигнала в электрический. Устройства для такого преобразования — фо­тодетекторы — весьма разнообразны, но можно выделить два основных класса таких устройств — фотодетекторы с внешним фотоэффектом (фотоэмиссионные приемники) и фотодетекторы с внутренним фотоэффектом (полупроводниковые фотоэлектри­ческие приемники). Понятия «фотодетектор» и «фотоприемник» часто отождествляют, хотя, строго говоря, второе понятие более широкое.

Комментарии запрещены.