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聲光調制器的原理及應用
來源: 閱讀:938 發(fā)布時間:2020-12-02 10:21:12
聲光調制器的原理及應用

光調制器通常用來操控光束的性質,例如激光光束。調制器根據所調制光束的性質被稱為強度調制器,相位調制器,偏振調制器,空間光調制器等。不同類型的調制器可以應用到不同的應用領域,例如光纖通信領域,顯示設備中,調Q或者鎖模激光器,以及光學測量中。

聲光調制器縮寫:AOM,是利用電子驅動信號可以用來控制激光光束的功率,頻率或者其空間方向的器件。它利用聲光效應,即通過聲波機械振蕩壓力改變折射率。

AOM的關鍵元件是一塊透明晶體(或一塊玻璃),光在其中傳播。與晶體接觸的壓電轉換器用來激發(fā)聲波,聲波的頻率在100MHz量級。光在周期性折射率光柵中傳播受到布拉格衍射產生聲波,因此AOM有時也稱為布拉格盒。

散射光的頻率增加或者減小,增加或減小的值等于聲波頻率(與聲波相對于光束的傳播方向有關),并且散射光的方向稍有變化。(方向的變化很小,如圖,因為聲波的波數與光波相比非常小。)散射光的頻率和方向可以通過控制聲波的頻率進行控制,然而聲波功率則受制于光功率。當聲波功率足夠高時,大于50%的光功率被衍射,極限情況下大于95%的光波被衍射。

聲波可能在晶體另一端被吸收。這種行波結構使其可以達到很寬的調制帶寬。其他裝置是與聲波共振的,利用晶體另一端對聲波的強反射。共振效應可以顯著提高調制深度(或者降低需要的聲波功率),但是會減小調制帶寬。

聲光調制器常見的材料為二氧化碲(TeO2),石英晶體和熔融二氧化硅。在材料選擇方面有很多標準,包括電光系數,透明范圍,光損傷閾值和需要的尺寸。也可以采用不同的聲波,常用的是縱波(壓縮)。這樣可以得到高的衍射效率,而衍射效率也與光束的偏振有關。當采用聲剪切波(聲學振動方向與激光光束相同)時,與偏振方向無關,但是這會降低衍射效率。

還有在一塊芯片上包含多個聲光調制器的集成光學器件。可以在鈮酸鋰上集成光學器件,由于它是壓電的,因此芯片表面的金屬電極可以產生表面聲波。這種裝置有很多用途,例如,用做可調諧光學濾波器或者光學開關。

聲光調制器具有很多應用:

它可以用做固態(tài)激光器中的Q開關。AOM也稱為Q開關,在脈沖產生之前用來關閉激光諧振腔。大多數情況下,只有零階光束滿足激光條件,并且當不需要激光時可以將AOM打開。這時需要衍射損耗(每次往返諧振腔產生的損耗)大于激光器增益。對于高增益激光器(例如,光纖激光器),通常是一階衍射光束滿足激光條件,因此當AOM關閉后,會產生非常大的諧振腔損耗。但是,激光態(tài)的損耗也相當高。

AOM也可以用做固態(tài)激光器的傾斜腔,產生納秒或超短脈沖。后者情況下,AOM的速度只有當諧振腔比較長時才滿足要求,或者需要采用電光調制器。

采用AOM調整諧振腔中往返光的諧振波損耗可以實現主動鎖模。

AOM可以用做脈沖拾取器來降低脈沖列的脈沖重復速率,為了將脈沖進行后續(xù)的放大過程得到很高的脈沖能量。

在激光打印機和其它裝置中,AOM可以用來調制激光光束的功率。調制可以為連續(xù)的或者數字的(開/關)。

AOM會使激光光束頻率產生偏移,例如用在各種測量器件中,或者用在利用通過頻移光學反饋實現鎖模的激光器中。

有些情況下需要利用衍射角與聲學頻率有關的效應。尤其是可以掃描出射光束的方向(至少掃描小范圍的)來改變調制頻率。

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