Расчет электрических параметров
Расчет акустооптического модулятора (АОМ)
Цель работы: рассчитать одноканальный акустооптический модулятор в режиме дифракции Брэгга.
Необходимо рассчитать: 1) геометрические размеры пьезопреобразователя (ПП) и светозвукопровода (СвЗвПр); 2) электрические параметры: входную мощность, PЭЛ.ВХ и PАК; 3) функциональные параметры: ширину входного светового пучка, DВХ; 4) оценить динамический диапазон АОМ.
Исходные данные: длина волны светового пучка – λ0 = 0,63 мкм; центральная частота – f0 = 50 МГц; разрешающая способность – δf = 1 МГц; полоса частот – ∆f = 20 МГц; дифракционная эффективность – ηd0 = 90%.
Материал пъезопреобразователя – ниобат лития LiNbO3: тип УЗВ – продольная; относительная проницаемость среды – εr = 27,5; плотность – ρ = 4640 кг/м3; коэффициент электромеханической связи – Кэл = 0,17; скорость звука в среде – υак = 7330 м/с.
Материал светозвукопровода – парателлурит ТеО2: коэффициент оптического поглощения – α= 3 Нп/м; показатель преломления среды – n0 = 2,26; плотность среды – ρ = 5720 кг/м3; скорость распространения акустической волны – υак = 650 м/с; коэффициент акустического поглощения – αак= 50 дБ/см; коэффициент акустического качества – M2 = 800×10-15 с3/кг; упругооптический коэффициент – р = 0,18; агрегатное состояние среды – твердое.
Расчет геометрических размеров
Найдем длину волны ультразвукового поля в светозвукопроводе: где υак – скорость распространения акустической волны в СвЗвПр.
Определим угол падения оптического луча на модулятор:
По условию дифракции Брэгга, параметр дифракции на несущей частоте f0, Q0 должен быть намного больше 1: Отсюда находим l – длину пути оптического луча в ультразвуковом поле: Если выбрать l < 1,5мм, то эффективность дифракции будет очень маленькой. С другой стороны при l > 7 мм появляется дополнительная неоднородность ультразвукового поля из-за естественной расходимости светового пучка. Учитывая эти условия, выбираем l = 2 мм. Выбрав оптимальную длину, вновь определяем диапазон акустических частот (он не должен сильно отличаться от заданного): Найдем ширину оптического луча, взаимодействующего со звуковой волной, h: ПП представляет собой резонатор, поэтому выбираем толщину его, равную половине длины волны возбуждаемого им ультразвукового поля: Размеры СвЗвПр выбираем исходя из размеров ПП. Длину СвЗвПр выбираем равную длине ПП: a = l = 2 мм Ширина СвЗвПр должна быть больше чем ширина ПП, с > h. Выбираем c = 2 мм. Высота СвЗвПр должна быть больше ширины входного светового пучка, b > DВХ. DBX можно найти из выражения: Тогда высоту СвЗвПр выбираем b = 2 мм.
Рисунок 1.1 – Геометрическое изображение АОМ
Расчет электрических параметров
Для нахождения этих параметров, прежде всего, необходимо произвести согласование пьезопреобразователя с нагрузкой.
Рисунок 1.2 – Эквивалентная схема ПП
На рис.1.2 представлена эквивалентная схема ПП. Для расчета выберем ZВХ = 50 Ом, С = 10пФ, R = 1кОм, PЭЛГЕН = 3 Вт. Находим проводимость ПП:
Тогда сопротивление ПП равно: Входную мощность ПП можно найти по формуле: , где Г – коэффициент отражения. Модуль сопротивления ПП равен:
Находим акустическую мощность, поступающую в светозвукопровод (с учетом заданного материала и выбранных геометрических размеров ПП), из следующего выражения:
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (553)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |