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声光移频器——用于改变光束的频率的装置

时间:2021-07-07 来源:新特光电 访问量:1014

当光在声光调制器中的行进折射率光栅处发生衍射时,衍射光会经历光频率的偏移,该偏移正负声(或驱动)频率。这种效应(可以解释为多普勒频移)在声光移频器中得到了利用。

驱动频率通常在几十到几百兆赫之间,很少超过 1 GHz。由此产生的光波长变化非常小。对于较大的频移,或为了实现非常小的频移(例如只有几兆赫),可以级联两个或多个设备。还可以使用双通道通过单个设备以获得两倍的频移。

声光移频器可以以固定的驱动频率运行,产生固定的光频偏移,或者以可变的驱动频率运行。在后一种情况下,需要考虑光束方向会随着驱动频率的变化而变化;如果这是有害的,人们可以使用方法来尽量减少这种影响。还可以同时操作具有多个驱动频率的移频器。

Gooch & Housego 声光移频器 (AOFS)

40MHz,532nm  声光移频器 I-FS040-1.5S20-3-GH83

光输入光束通常是来自单频激光器的激光束。但是,如果带宽不太大,移频器也适用于多模光束。

大多数声光移频器是大容量器件,但也有紧凑型光纤耦合版本(光纤尾纤 AOFS)。来自输入光纤的光首先被准直,然后通过调制器晶体发送,最后聚焦到输出光纤中。还有全光纤移频器(可能在市场上没有买到),其中的频移是在光纤内产生的。

用于声光移频器的射频驱动器

声光移频器射频驱动

声光移频器射频驱动

与声光调制器相比,移频器通常以恒定的驱动功率运行。驱动频率通常也是固定的,但也有可变频率的驱动器。

变频驱动器可能包含压控振荡器 (VCO),其频率可以通过模拟输入驱动信号进行调整。为了获得更高的频率精度和稳定性,可以使用直接数字驱动器。在其他情况下,输入信号是具有所需频率的射频信号,驱动器仅用作射频功率放大器。

重要的性能数据

频率范围

显然,声光移频器应该提供所需的频偏或频移范围。

光带宽通常不是问题;通常,此类设备与非常窄的线宽激光器一起使用。然而,工作波长的范围可能受到抗反射涂层的限制,例如宽度为100nm量级。

衍射效率

一个重要的性能指标是衍射效率,通常约为 50%(对于更长的光波长,试探性更低)。在大多数应用中,非衍射(零级)光束不可用。

无位移光束的消光

对于某些应用(例如在干涉仪中),必须很好地抑制未偏移(零阶)光束。在这种情况下,重要的是设备中没有过度的光散射。除了声光设备的表面质量之外,重要的是使用具有适当光束半径和适当对准的激光束来操作设备。

声光移频器的应用

光频计量和其他光学计量领域的应用需要移频器。例如,激光多普勒振动测量基于干涉仪,其中将移频器合并到一个干涉仪臂中。所产生的光电探测器信号则在移位器的驱动频率附近,而不是在零频率附近。这样人们就可以轻松区分相反方向的运动。这只是外差检测的一个例子,其中经常需要移频器。

另一个领域是激光光谱学,可以在不需要可调激光器的情况下快速扫描某个频率范围。固定频率单频激光器的激光器噪声特性通常也比快速调谐激光器更好。

Gooch & Housego 声光移频器 (AOFS)

通过声光 (AO) 设备的传输会导致输入光经历与 RF 驱动频率相等的频移。我们的声光移频器 (AOFS) 针对干涉测量等应用的需求进行了优化,能够实现模式之间的高消光比。

我们提供频移超过 300 MHz 的标准产品和集成的低功耗 AOFS 模块,其中射频驱动器已内置于外壳中。我们的团队还可以为特定应用定制移频器,包括高达 600 MHz 的频移。

集成射频驱动器的声光移频器

40MHz,630-690nm 集成射频驱动器的声光移频器 I-FS040-2S2E-1-GH66

由于声波(声子)和声光设备中相互作用的光子之间的动量传递,声光移频器 (AOFS) 修改了光束的频率。当光从声波产生的衍射光栅散射时,它会经历多普勒频移。如果光以与声波相同的方向通过晶体传播,则衍射光束的频率会增加 RF 驱动频率。如果光波和声波沿相反方向传播,则衍射光束的频率会降低 RF 驱动频率。

声波频率相对于光频率非常小(数十或数百 MHz 对 ~100 THz),因此在大多数应用中几乎不可能检测到频移。然而,它对于基于干涉的光学技术(如光学外差检测、激光多普勒测速和激光多普勒测振 (LDV))非常有用。

在 G&H,我们使用内部生长和抛光的高质量二氧化碲 (TeO2)制造移频器,以实现最低的插入损耗和出色的功率处理能力。我们提供适用于可见光和 NIR 波长的标准 AOFS 产品,用于基本和双氩离子、Nd:YAG、He:Ne、二极管、染料和 Ti:蓝宝石激光器。

凭借超过 300 MHz 的标准频移和高达 600 MHz 的定制频移,以及双通道配置模型,我们的移频器可满足大多数研究和工业需求。对于不寻常的要求,我们可以利用我们的标准调制器和光束偏转器系列,经常为不寻常的要求找到现成的解决方案。

对于 AOFS 产品的频移,TeO2中慢剪切模式的各向异性相互作用产生频移。因此,未偏移的输入光束与衍射的频移光束正交偏振。然后可以在 AOFS 外部使用偏振器,以实现衍射光束和非衍射光束之间的高消光比。这有助于消除漏光并避免两束光之间的差拍模式。需要注意的是,可实现的消光比 (ER) 是所用偏振器的函数,而不是 AOFS。

移频器是高效的声光器件,需要非常低的驱动功率来实现所需的频移。我们的 AOFS 设计通常使用慢切变模式,导致上升时间缓慢,但需要最小的功耗(通常 < 100 mW 功耗)。这使我们可以经常将驱动程序与AOFS打包在一起,以获得紧凑且节能的解决方案。在功耗成为问题的应用中,我们可以建议如何最好地平衡性能和射频驱动功率。

尽管频移看起来很简单,但我们在声光设备设计和应用方面的经验可以帮助确定最佳的现成或定制解决方案和补充 RF 驱动器。

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