Bragg声光调制稳定激光零级衍射振幅环内的光学混沌

Bragg声光调制是一种利用声光效应实现光束偏折的技术，其基本原理是当一束光通过声光介质时，若声光介质内有超声波存在，则声波会在介质内部产生一个周期性的折射率变化，形成一个移动的衍射光栅。当光束通过这个衍射光栅时，会发生衍射现象，即光束被分成不同的衍射级次。Bragg声光调制器一般工作在Bragg区，此时只有零级和一级衍射光产生。由于零级衍射光的方向不会随着超声波频率的变化而变化，因此可以用来稳定激光的输出。 在该实验装置中，Bragg声光调制器被用于稳定激光零级衍射光振幅。研究者通过设置实验装置，利用高增益伺服环路对零级衍射光的振幅进行稳定控制。伺服环路的增益为3.5×10^8，稳定度优于5×10^-5。实验中发现，当调整声光晶体时，可以通过调制衍射光束分束比来稳定激光的零级衍射光振幅。这说明Bragg声光调制器不仅能稳定振幅，还能在一定程度上对激光输出进行调节。 在高增益声光调制自控稳幅环中，声光晶体的非线性效应成为研究的重点。声光介质内部存在非线性效应，意味着介质对光与声场的相互作用响应并不严格遵循线性关系，而是会表现出更复杂的非线性特性。这些非线性特性会导致光场振幅的变化，从而在特定条件下引发光学混沌现象。混沌现象是一种初始条件极其敏感、系统行为极其复杂的非周期性动态行为。 实验观察到的混沌现象，是由于在高增益伺服环路中，非线性声光系统在某种动力学参变量条件下，光场振幅和声场振幅之间产生非线性函数关系，导致系统失去稳定，出现从稳定状态到混沌状态的转变。这一过程可以通过调整声场的电信号强度来控制。例如，当入射光与声光晶体的夹角偏离Bragg角条件时，一级衍射光的振幅会发生变化，进而影响到零级光的振幅稳定性。通过适时调整声场的电信号强度，可以在一定程度上控制和稳定零级光的振幅。 在Bragg声光调制中，一级衍射光的振幅E_1与其与声波矢量K的夹角α之间的关系可以表示为E_1 = E * cos(π * M * SI)，其中E是入射光振幅，SI是声场振幅，M是介质的质量系数。这个公式是在满足Bragg条件的情况下的近似表达。Bragg条件是声光调制器工作在稳定状态时必须满足的条件之一，它保证了衍射光的波长和入射光的波长与声波的波长之间存在一定的比例关系。 实验装置中的高增益伺服环路扮演了可变分束器的角色，它可以根据光探测器检测到的零级衍射光强度的变化，自动调整声场激励信号的强度，从而调节分束比。在闭环状态下，通过改变伺服环路的动力学参变量，可以实现对一级衍射光分束比的控制，当这些动力学参变量的值被适当选择时，系统可能会进入混沌状态。 Bragg声光调制稳定激光零级衍射振幅环内的光学混沌研究涉及到声光效应、非线性动力学、伺服控制系统等多个领域。通过这项研究，不仅可以进一步理解光与声场相互作用的非线性特性，还可以为激光技术中振幅稳定与混沌现象的控制提供新的思路和技术手段。