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声光调制器的基础原理

时间:2020-12-16 来源:新特光电 访问量:1081

声光调制器是利用电子驱动信号可以用来控制激光光束的功率,频率或者其空间方向的器件。它利用声光效应,即通过声波机械振荡压力改变折射率。

AOM的关键元件是一块透明晶体(或一块玻璃),光在其中传播。与晶体接触的压电转换器用来激发声波,声波的频率在100MHz量级。光在周期性折射率光栅中传播受到布拉格衍射产生声波,因此AOMs有时也称为布拉格盒。

散射光的频率增加或减小的值等于声波频率(与声波相对于光束的传播方向有关),并且散射光的方向稍有变化。(方向的变化很小,如图,因为声波的波数与光播相比非常小。)散射光的频率和方向可以通过控制声波的频率进行控制,然而声波功率则受制于光功率。当声波功率足够高时,大于50%的光功率被衍射,极限情况下大于95%的光波被衍射。

声光调制器

声波可能在晶体另一端被吸收。这种行波结构使其可以达到很宽的调制带宽。其他装置是与声波共振的,利用晶体另一端对声波的强反射。共振效应可以显著提高调制深度(或者降低需要的声波功率),但是会减小调制带宽。

声光调制器常见的材料为二氧化碲(TeO2),石英晶体和熔融二氧化硅。在材料选择方面有很多标准,包括电光系数,透明范围,光损伤阈值和需要的尺寸。也可以采用不同的声波,最常用的是纵波(压缩)。这样可以得到最高的衍射效率,而衍射效率也与光束的偏振有关。当采用声剪切波(声学振动方向与激光光束相同)时,与偏振方向无关,但是这会降低衍射效率。

还有在一块芯片上包含多个声光调制器的集成光学器件。可以在铌酸锂(LiNbO3)上集成光学器件,由于它是压电的,因此芯片表面的金属电极可以产生表面声波。这种装置有很多用途,例如,用做可调谐光学滤波器或者光学开关。

声光调制器(AOM)可被作为光快门(以设定的频率进行光的循环开关)或可变衰减器(动态控制透射光的强度)使用。在布拉格衍射的作用下,该产品只出现一阶衍射光。根据结构类型,新特光电的声光调制器可分为自由空间声光调制器和光纤耦合声光调制器。

AOM也可以用做固态激光器的倾斜腔,产生纳秒或超短脉冲。后者情况下,AOM的速度只有当谐振腔比较长时才满足要求,或者需要采用电光调制器。采用AOM调整谐振腔中往返光的谐振波损耗可以实现主动锁模。AOM可以用做脉冲拾取器来降低脉冲列的脉冲重复速率,为了将脉冲进行后续的放大过程得到很高的脉冲能量。在激光打印机和其它装置中,AOM可以用来调制激光光束的功率。调制可以为连续的或者数字的(开/关)。AOM会使激光光束频率产生偏移,例如用在各种测量器件中,或者用在利用通过频移光学反馈实现锁模的激光器中。有些情况下需要利用衍射角与声学频率有关的效应。尤其是,可以扫描出射光束的方向(至少扫描小范围的)来改变调制频率。

选择调制器的最重要因素是所需的速度。这会影响材料的选择,调制器设计和要使用的RF驱动器。调制器的速度由上升时间描述,该上升时间确定调制器可以对应用的RF驱动器做出响应的速度,并限制调制速率。上升时间与声波穿过光束所需的时间成正比,因此受调制器内光束直径的影响。

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