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聲光調制器的原理及應用
來源: 閱讀:831 發布時間:2020-12-02 10:21:12
聲光調制器的原理及應用

光(guang)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)通常(chang)用來操(cao)控光(guang)束的性(xing)質,例如激光(guang)光(guang)束。調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)根據(ju)所調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)光(guang)束的性(xing)質被稱為強度調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi),相(xiang)位(wei)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi),偏振(zhen)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi),空間光(guang)調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)等。不同類型的調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)可以(yi)應用到不同的應用領(ling)域(yu),例如光(guang)纖通信領(ling)域(yu),顯示設備中,調(diao)Q或者鎖模激光(guang)器(qi),以(yi)及光(guang)學測量中。

聲(sheng)光(guang)(guang)(guang)調(diao)制器縮寫:AOM,是利(li)用(yong)電子驅(qu)動信號可以用(yong)來控(kong)制激光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)束的(de)功(gong)率(lv),頻率(lv)或者其(qi)空間方向(xiang)的(de)器件。它(ta)利(li)用(yong)聲(sheng)光(guang)(guang)(guang)效應,即通(tong)過聲(sheng)波機(ji)械振蕩壓力改變折射率(lv)。

AOM的關鍵元(yuan)件(jian)是一塊(kuai)透(tou)明晶(jing)體(ti)(或一塊(kuai)玻璃(li)),光(guang)在其中傳播。與晶(jing)體(ti)接(jie)觸(chu)的壓電轉(zhuan)換器用來激(ji)發聲(sheng)波,聲(sheng)波的頻率在100MHz量級。光(guang)在周期(qi)性(xing)折射(she)(she)率光(guang)柵中傳播受到布拉格(ge)衍射(she)(she)產生聲(sheng)波,因此AOM有時(shi)也稱為布拉格(ge)盒。

散(san)(san)射(she)光(guang)(guang)的(de)頻率(lv)增(zeng)(zeng)加(jia)或(huo)者減小,增(zeng)(zeng)加(jia)或(huo)減小的(de)值(zhi)等于(yu)聲波(bo)(bo)頻率(lv)(與(yu)聲波(bo)(bo)相對于(yu)光(guang)(guang)束(shu)的(de)傳播方(fang)向(xiang)有關),并且散(san)(san)射(she)光(guang)(guang)的(de)方(fang)向(xiang)稍有變化。(方(fang)向(xiang)的(de)變化很小,如圖(tu),因為聲波(bo)(bo)的(de)波(bo)(bo)數(shu)與(yu)光(guang)(guang)波(bo)(bo)相比(bi)非常小。)散(san)(san)射(she)光(guang)(guang)的(de)頻率(lv)和方(fang)向(xiang)可以(yi)通(tong)過(guo)控制(zhi)聲波(bo)(bo)的(de)頻率(lv)進行控制(zhi),然而(er)聲波(bo)(bo)功(gong)率(lv)則(ze)受制(zhi)于(yu)光(guang)(guang)功(gong)率(lv)。當聲波(bo)(bo)功(gong)率(lv)足夠高時,大于(yu)50%的(de)光(guang)(guang)功(gong)率(lv)被(bei)衍(yan)射(she),極(ji)限情況(kuang)下大于(yu)95%的(de)光(guang)(guang)波(bo)(bo)被(bei)衍(yan)射(she)。

聲波(bo)(bo)可能在晶(jing)體(ti)另一(yi)端(duan)被吸收。這種(zhong)行波(bo)(bo)結構使其可以達到很寬(kuan)(kuan)的調制帶寬(kuan)(kuan)。其他裝置是(shi)與(yu)聲波(bo)(bo)共振的,利用(yong)晶(jing)體(ti)另一(yi)端(duan)對聲波(bo)(bo)的強反射。共振效(xiao)應可以顯著提高(gao)調制深度(或者降低(di)需(xu)要的聲波(bo)(bo)功率),但(dan)是(shi)會(hui)減小調制帶寬(kuan)(kuan)。

聲(sheng)光(guang)(guang)調制器常(chang)見的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)為(wei)二氧(yang)化(hua)碲(TeO2),石英(ying)晶體和(he)熔融二氧(yang)化(hua)硅。在材(cai)料(liao)選擇方(fang)面有很多(duo)標準,包括電光(guang)(guang)系數,透(tou)明范圍,光(guang)(guang)損傷閾值和(he)需(xu)要的(de)(de)(de)尺寸。也可(ke)以采用不同的(de)(de)(de)聲(sheng)波,常(chang)用的(de)(de)(de)是(shi)縱波(壓縮)。這樣可(ke)以得到高的(de)(de)(de)衍射(she)(she)效(xiao)率,而衍射(she)(she)效(xiao)率也與(yu)光(guang)(guang)束(shu)的(de)(de)(de)偏振有關。當采用聲(sheng)剪(jian)切波(聲(sheng)學振動方(fang)向與(yu)激(ji)光(guang)(guang)光(guang)(guang)束(shu)相同)時,與(yu)偏振方(fang)向無關,但是(shi)這會降低衍射(she)(she)效(xiao)率。

還有在(zai)一塊(kuai)芯片(pian)(pian)上包含多(duo)(duo)個聲光調制(zhi)器的(de)集成光學器件。可以在(zai)鈮(ni)酸鋰上集成光學器件,由于(yu)它是壓電(dian)的(de),因此芯片(pian)(pian)表(biao)面(mian)的(de)金(jin)屬電(dian)極可以產(chan)生表(biao)面(mian)聲波。這種裝置(zhi)有很多(duo)(duo)用途(tu),例如,用做可調諧光學濾波器或者光學開關(guan)。

聲光調制器具有很多應用:

它可以用做固態(tai)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器中的(de)Q開(kai)關(guan)。AOM也稱為Q開(kai)關(guan),在脈沖產(chan)生(sheng)之前用來(lai)關(guan)閉激(ji)光(guang)(guang)(guang)諧振(zhen)腔(qiang)。大多數(shu)情況(kuang)下,只有零階光(guang)(guang)(guang)束滿足激(ji)光(guang)(guang)(guang)條(tiao)件(jian),并且當(dang)不需要(yao)激(ji)光(guang)(guang)(guang)時可以將(jiang)AOM打開(kai)。這時需要(yao)衍射損(sun)耗(hao)(每次(ci)往返諧振(zhen)腔(qiang)產(chan)生(sheng)的(de)損(sun)耗(hao))大于激(ji)光(guang)(guang)(guang)器增益。對于高增益激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(例如(ru),光(guang)(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)(guang)器),通常是一(yi)階衍射光(guang)(guang)(guang)束滿足激(ji)光(guang)(guang)(guang)條(tiao)件(jian),因(yin)此當(dang)AOM關(guan)閉后,會產(chan)生(sheng)非(fei)常大的(de)諧振(zhen)腔(qiang)損(sun)耗(hao)。但是,激(ji)光(guang)(guang)(guang)態(tai)的(de)損(sun)耗(hao)也相當(dang)高。

AOM也可以用(yong)做固態激光(guang)器的(de)傾斜腔,產生納(na)秒或(huo)超短脈沖。后(hou)者(zhe)情(qing)況下,AOM的(de)速度只有當諧振腔比較長(chang)時才(cai)滿足要求,或(huo)者(zhe)需要采用(yong)電光(guang)調制器。

采用(yong)AOM調(diao)整諧振腔中往返光的諧振波(bo)損耗可(ke)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(zhong)復速率,為(wei)了將(jiang)脈沖進(jin)行后續(xu)的放大過程得到很高的脈沖能量。

在激光打印(yin)機和其(qi)它裝置中,AOM可以用來調制激光光束(shu)的(de)功率。調制可以為連續的(de)或者數(shu)字(zi)的(de)(開/關)。

AOM會使激光光束頻率(lv)產生偏移,例(li)如用(yong)(yong)在(zai)各(ge)種(zhong)測量器件(jian)中(zhong),或者用(yong)(yong)在(zai)利用(yong)(yong)通過頻移光學(xue)反(fan)饋實現鎖模的激光器中(zhong)。

有些情況下需要利用衍射角與聲(sheng)學頻率有關的效應(ying)。尤(you)其是可(ke)以掃描出射光束的方向(至(zhi)少掃描小范圍的)來(lai)改變調制頻率。

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