ध्वनिक-ऑप्टिक न्यूनाधिक: Difference between revisions

Revision as of 12:05, 8 June 2023

ध्वनिक-ऑप्टिक न्यूनाधिक में एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर होता है जो कांच या क्वार्ट्ज जैसी पदार्थ में ध्वनि तरंगें बनाता है। एक प्रकाश किरण कई क्रमों में विवर्तित होती है। एक शुद्ध साइनसॉइड के साथ पदार्थ को दोलन करके और एओएम को झुकाकर ताकि प्रकाश समतल ध्वनि तरंगों से पहले विवर्तन क्रम में परिलक्षित हो, 90% तक विक्षेपण दक्षता प्राप्त की जा सकती है।

ध्वनि-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर (एओएम), जिसे ब्रैग सेल या एक ध्वनि-ऑप्टिक डिफ्लेक्टर (एओडी) भी कहा जाता है, ध्वनि तरंगों (सामान्यतः रेडियो-आवृत्ति पर) का उपयोग करके प्रकाश की आवृत्ति को विवर्तन और स्थानांतरित करने के लिए ध्वनिक-ऑप्टिक प्रभाव का उपयोग करता है। क्यू-स्विचिंग, सिग्नल मॉडुलन के लिए दूरसंचार, और आवृत्ति नियंत्रण के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी में उनका उपयोग लेज़र में किया जाता है। पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर कांच जैसी पदार्थ से जुड़ा होता है। दोलनशील विद्युत संकेत ट्रांसड्यूसर को दोलन करने के लिए प्रेरित करता है, जो पदार्थ में ध्वनि तरंगें बनाता है। इन्हें विस्तार और संपीड़न के गतिशील आवधिक विमानों के रूप में माना जा सकता है जो अपवर्तन के सूचकांक को बदलते हैं। परिणामी आवधिक सूचकांक मॉड्यूलेशन से आने वाली प्रकाश स्कैटर (ब्रिलौइन बिखराव देखें) और हस्तक्षेप ब्रैग विवर्तन के समान होता है। इंटरेक्शन को तीन-तरंग मिश्रण प्रक्रिया के रूप में माना जा सकता है जिसके परिणामस्वरूप योग-आवृत्ति पीढ़ी या फोनन और फोटॉन के बीच अंतर-आवृत्ति पीढ़ी होती है।

संचालन के सिद्धांत

एक विशिष्ट एओएम ब्रैग स्थिति के अनुसार संचालित होता है जहां ध्वनि तरंग के प्रसार के लंबवत से ब्रैग कोण $\theta _{B}\approx \sin \theta _{B}={\frac {\lambda }{2n\Lambda }}$ पर घटना प्रकाश आता है।^[1]^[2]

एओडी के लिए ब्रैग के नियम की व्याख्या करने के लिए रेखाचित्र। Λ ध्वनि तरंग की तरंग दैर्ध्य है, λ प्रकाश तरंग की है, और n AOD में क्रिस्टल का अपवर्तनांक है। घटना प्रकाश की तुलना में +1 क्रम में एक धनात्मक आवृत्ति बदलाव है; 0वें क्रम की आवृत्ति आपतित प्रकाश के समान होती है। आपतित प्रकाश से 0वीं कोटि का साधारण अनुप्रस्थ विस्थापन क्रिस्टल के अंदर अपवर्तन को दर्शाता है।

विवर्तन

जब घटना प्रकाश किरण ब्रैग कोण पर होती है, तो एक विवर्तन प्रारूप उभर कर आता है जहां विवर्तित किरण का क्रम प्रत्येक कोण θ पर होता है जो संतुष्ट करता है:

2\Lambda \sin \theta =m{\frac {\lambda }{n}}

यहाँ, m=..., −2, −1, 0, +1, +2, ... विवर्तन का क्रम है, $\lambda$ निर्वात में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है, $n$ क्रिस्टल पदार्थ (जैसे क्वार्ट्ज) का अपवर्तक सूचकांक है, और $\Lambda$ ध्वनि की तरंग दैर्ध्य है।^[3] ${\frac {\lambda }{n}}$ स्वयं पदार्थ में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है। ध्यान दें कि m = 0 क्रम घटना बीम के समान दिशा में यात्रा करता है, और ध्वनि तरंग के प्रसार के लंबवत से ब्रैग कोण से बाहर निकलता है।

पतले क्रिस्टल में साइनसोइडल मॉड्यूलेशन से विवर्तन का परिणाम ज्यादातर m= −1, 0, +1 विवर्तन क्रम में होता है। मध्यम मोटाई के क्रिस्टल में कैस्केड विवर्तन विवर्तन के उच्च क्रम की ओर जाता है। कमजोर मॉड्यूलेशन वाले मोटे क्रिस्टल में, केवल नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स#फेज मैचिंग ऑर्डर डिफ्रेक्ट होते हैं; इसे ब्रैग विवर्तन कहते हैं। कोणीय विक्षेपण 1 से 5000 बीम चौड़ाई (रिज़ॉल्वेबल स्पॉट्स की संख्या) तक हो सकता है। परिणामस्वरूप, विक्षेपण सामान्यतः दसियों मिलीराडियन तक सीमित होता है।

आसन्न आदेशों के बीच कोणीय अलगाव ब्रैग कोण अर्थात् $\Delta \theta \approx {\frac {\lambda }{n\Lambda }}$ से दोगुना है।

तीव्रता

ध्वनि तरंग द्वारा विवर्तित प्रकाश की मात्रा ध्वनि की तीव्रता पर निर्भर करती है। इसलिए, ध्वनि की तीव्रता का उपयोग विवर्तित पुंज में प्रकाश की तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। सामान्यतः, तीव्रता जो m = 0 क्रम में विवर्तित होती है, इनपुट प्रकाश तीव्रता के 15% और 99% के बीच भिन्न हो सकती है। इसी प्रकार, m = +1 ऑर्डर की तीव्रता 0% और 80% के बीच भिन्न हो सकती है।

दक्षता की अभिव्यक्ति m = +1 क्रम में है:^[4]

$\eta =I_{1}/I={\text{sin}}{}^{2}(\Delta \phi /2)$

जहां बाहरी चरण भ्रमण $\Delta \phi ={\frac {\pi }{\lambda }}{\sqrt {2\left({\frac {L}{H}}\right)M_{2}P}}$ .

विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए समान दक्षता प्राप्त करने के लिए, एओएम में आरएफ शक्ति ऑप्टिकल बीम के तरंग दैर्ध्य के वर्ग के समानुपाती होती है। ध्यान दें कि यह सूत्र हमें यह भी बताता है कि, जब हम एक उच्च RF पावर P पर शुरू करते हैं, तो यह साइन स्क्वेर्ड फ़ंक्शन में पहले शिखर से अधिक हो सकता है, जिस स्थिति में हम P को बढ़ाते हैं, हम दूसरी चोटी पर स्थिर हो जाते हैं बहुत उच्च आरएफ शक्ति एओएम को ओवरड्राइविंग और क्रिस्टल या अन्य घटकों को संभावित हानि पहुंचाती है। इस समस्या से बचने के लिए, सदैव बहुत कम आरएफ शक्ति से प्रारंभ करना चाहिए, और धीरे-धीरे इसे पहले शिखर पर स्थिर करने के लिए बढ़ाना चाहिए।

ध्यान दें कि दो विन्यास हैं जो ब्रैग स्थिति को संतुष्ट करते हैं: यदि ध्वनि तरंग के प्रसार की दिशा में घटना बीम के वेव वेक्टर के वेक्टर घटक ध्वनि तरंग के विरुद्ध जाते हैं, तो ब्रैग विवर्तन/बिखरने की प्रक्रिया का परिणाम अधिकतम दक्षता m = +1 क्रम में होगा, जिसकी एक धनात्मक आवृत्ति बदलाव है; चूँकि, यदि घटना किरण ध्वनि तरंग के साथ जाती है, तो m = -1 क्रम में अधिकतम विवर्तन दक्षता प्राप्त होती है, जिसमें ऋणात्मक आवृत्ति बदलाव होता है।

आवृत्ति

ब्रैग विवर्तन से एक अंतर यह है कि प्रकाश गतिमान विमानों से बिखर रहा है। इसका एक परिणाम यह है कि विवर्तित किरण f की आवृत्ति क्रम m में ध्वनि तरंग F की आवृत्ति के बराबर राशि द्वारा डॉपलर प्रभाव-को स्थानांतरित किया जाता है।

f\rightarrow f+mF

इस आवृत्ति बदलाव को इस तथ्य से भी समझा जा सकता है कि बिखरने की प्रक्रिया में ऊर्जा और संवेग (फोटॉन और फोनोन के) संरक्षित होते हैं। कम खर्चीले एओएम के लिए, अत्याधुनिक वाणिज्यिक उपकरण के लिए एक विशिष्ट आवृत्ति बदलाव 27 मेगाहर्ट्ज से 1 गीगाहर्ट्ज तक भिन्न होता है। कुछ एओएम में, दो ध्वनिक तरंगें सामग्री में विपरीत दिशाओं में यात्रा करती हैं, जिससे एक स्थायी तरंग बनती है। इस स्थिति में विवर्तित बीम के स्पेक्ट्रम में ध्वनि तरंग की आवृत्ति के किसी भी मामले में पूर्णांक गुणकों में कई आवृत्ति बदलाव होते हैं।

चरण

इसके अतिरिक्त, विवर्तित किरण का चरण भी ध्वनि तरंग के चरण द्वारा स्थानांतरित किया जाएगा। चरण को एक स्वैच्छिक राशि से बदला जा सकता है।

ध्रुवीकरण

संरेख अनुप्रस्थ तरंग ध्वनिक तरंगें या लंबवत अनुदैर्ध्य तरंगें ध्रुवीकरण को बदल सकती हैं। ध्वनिक तरंगें एक पॉकेल्स सेल^{[dubious – discuss]} की तरह एक द्विअपवर्तन चरण-शिफ्ट को प्रेरित करती हैं। ध्वनिक-ऑप्टिक ट्यून करने योग्य फिल्टर, विशेष रूप से ध्वनिक-ऑप्टिक प्रोग्रामेबल डिस्पर्सिव फिल्टर, जो चर पल्स आकृतियों को उत्पन्न कर सकता है, इस सिद्धांत पर आधारित है।^[5]

मॉडलिंग

एकॉस्टो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर विशिष्ट यांत्रिक उपकरणों जैसे टिल्टेबल मिरर की तुलना में बहुत तेज़ होते हैं। एओएम को बाहर निकलने वाले बीम को स्थानांतरित करने में लगने वाला समय सामान्यतः बीम के पार ध्वनि तरंग के पारगमन समय (सामान्यतः 5 से 100 एनएस ) तक सीमित होता है। यह एक Ti-Sapphire लेज़र में सक्रिय मॉडलिंग मॉडललॉकिंग बनाने के लिए पर्याप्त तेज़ है। जब तेजी से नियंत्रण आवश्यक होता है तो इलेक्ट्रो-ऑप्टिक न्यूनाधिक का उपयोग किया जाता है। हालांकि, इसके लिए बहुत अधिक वोल्टेज (जैसे 1...10 kV) की आवश्यकता होती है, जबकि एओएम अधिक विक्षेपण सीमा, सरल डिज़ाइन और कम विद्युत का व्यय (3 वाट से कम) प्रदान करते हैं।^[6]

अनुप्रयोग

क्यू-स्विचिंग
पुनर्योजी एम्पलीफायरों
ऑप्टिकल गुहा
मॉडलिंग
लेजर डॉपलर वाइब्रोमेटर
फोटोग्राफिक फिल्म की डिजिटल इमेजिंग के लिए आरजीबी लेजर लाइट मॉड्यूलेशन
संनाभि माइक्रोस्कोपी
सिंथेटिक सरणी हेटेरोडाइन पहचान
हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग

यह भी देखें

ध्वनिक-प्रकाशिकी
ध्वनिक-ऑप्टिक झुकानेवाला
इलेक्ट्रो-ऑप्टिक न्यूनाधिक
जेफ्री सेल
ध्वनिक-ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर
लिक्विड क्रिस्टल ट्यून करने योग्य फिल्टर
फोटोलोच
पॉकल्स प्रभाव
आवृत्ति शिफ्टिंग

बाहरी संबंध

Olympus Microscopy Resource Center

संदर्भ

↑ "अकाउस्टो-ऑप्टिक थ्योरी एप्लीकेशन नोट्स" (PDF).
↑ Paschotta, Dr Rüdiger. "ध्वनिक-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर". www.rp-photonics.com (in English). Retrieved 2020-08-03.
↑ "A Guide to Acousto-Optic Modulators"
↑ Lekavich, J. (Apr 1986). "ध्वनिक-ऑप्टिक उपकरणों की मूल बातें". Lasers and Applications: 59–64.
↑ Eklund, H.; Roos, A.; Eng, S.T. (1975). "ध्वनिक-ऑप्टिक उपकरणों में लेजर बीम ध्रुवीकरण का घूर्णन". Optical and Quantum Electronics. 7 (2): 73–79. doi:10.1007/BF00631587. S2CID 122616113.
↑ Keller, Ursula; Gallmann, Lukas. "अल्ट्राफास्ट लेजर भौतिकी" (PDF). ETH Zurich. Retrieved 21 March 2022.

[1] "अकाउस्टो-ऑप्टिक थ्योरी एप्लीकेशन नोट्स" (PDF).

[2] Paschotta, Dr Rüdiger. "ध्वनिक-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर". www.rp-photonics.com (in English). Retrieved 2020-08-03.

[3] "A Guide to Acousto-Optic Modulators"

[4] Lekavich, J. (Apr 1986). "ध्वनिक-ऑप्टिक उपकरणों की मूल बातें". Lasers and Applications: 59–64.

[5] Eklund, H.; Roos, A.; Eng, S.T. (1975). "ध्वनिक-ऑप्टिक उपकरणों में लेजर बीम ध्रुवीकरण का घूर्णन". Optical and Quantum Electronics. 7 (2): 73–79. doi:10.1007/BF00631587. S2CID 122616113.

[6] Keller, Ursula; Gallmann, Lukas. "अल्ट्राफास्ट लेजर भौतिकी" (PDF). ETH Zurich. Retrieved 21 March 2022.

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