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聲光調制器的原理及應用
來源: 閱讀(du):831 發(fa)布時(shi)間:2020-12-02 10:21:12
聲光調制器的原理及應用

光(guang)調(diao)制器(qi)(qi)(qi)通(tong)常(chang)用(yong)來操控光(guang)束(shu)的(de)性質(zhi),例如激(ji)光(guang)光(guang)束(shu)。調(diao)制器(qi)(qi)(qi)根據所調(diao)制光(guang)束(shu)的(de)性質(zhi)被稱為強度調(diao)制器(qi)(qi)(qi),相位調(diao)制器(qi)(qi)(qi),偏振(zhen)調(diao)制器(qi)(qi)(qi),空間光(guang)調(diao)制器(qi)(qi)(qi)等。不同類型的(de)調(diao)制器(qi)(qi)(qi)可以應(ying)用(yong)到不同的(de)應(ying)用(yong)領域,例如光(guang)纖通(tong)信領域,顯示(shi)設備中(zhong),調(diao)Q或者鎖模激(ji)光(guang)器(qi)(qi)(qi),以及光(guang)學測量中(zhong)。

聲光(guang)調制(zhi)器縮(suo)寫(xie):AOM,是利用電子驅(qu)動信號可以用來控制(zhi)激光(guang)光(guang)束的功率(lv),頻率(lv)或(huo)者其空間方向的器件。它利用聲光(guang)效應,即通過聲波機械(xie)振蕩(dang)壓力改(gai)變折(zhe)射率(lv)。

AOM的(de)關鍵元件(jian)是一(yi)(yi)塊透明晶體(ti)(或(huo)一(yi)(yi)塊玻璃),光(guang)在其中傳播(bo)(bo)。與晶體(ti)接觸的(de)壓(ya)電轉換器用來激發聲波(bo)(bo),聲波(bo)(bo)的(de)頻率(lv)在100MHz量級。光(guang)在周期(qi)性折(zhe)射(she)率(lv)光(guang)柵中傳播(bo)(bo)受到布拉格(ge)衍射(she)產(chan)生聲波(bo)(bo),因此AOM有時也稱(cheng)為(wei)布拉格(ge)盒。

散(san)射(she)光(guang)的(de)頻(pin)率(lv)增加或者減小(xiao),增加或減小(xiao)的(de)值等(deng)于聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)頻(pin)率(lv)(與(yu)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)相對于光(guang)束(shu)的(de)傳播方(fang)向(xiang)有關),并且散(san)射(she)光(guang)的(de)方(fang)向(xiang)稍有變(bian)化(hua)。(方(fang)向(xiang)的(de)變(bian)化(hua)很小(xiao),如圖,因為聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)的(de)波(bo)數與(yu)光(guang)波(bo)相比(bi)非常小(xiao)。)散(san)射(she)光(guang)的(de)頻(pin)率(lv)和方(fang)向(xiang)可以(yi)通過控制(zhi)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)進行控制(zhi),然而聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)功率(lv)則受制(zhi)于光(guang)功率(lv)。當聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)功率(lv)足夠(gou)高時,大于50%的(de)光(guang)功率(lv)被衍射(she),極(ji)限情況下大于95%的(de)光(guang)波(bo)被衍射(she)。

聲(sheng)(sheng)波(bo)可(ke)(ke)(ke)能(neng)在晶體(ti)另一端被吸收。這種(zhong)行波(bo)結構(gou)使其可(ke)(ke)(ke)以達到(dao)很(hen)寬的(de)(de)調制帶寬。其他裝置是與聲(sheng)(sheng)波(bo)共振的(de)(de),利用晶體(ti)另一端對聲(sheng)(sheng)波(bo)的(de)(de)強反(fan)射。共振效(xiao)應可(ke)(ke)(ke)以顯著提高調制深度(或者降低需要的(de)(de)聲(sheng)(sheng)波(bo)功率),但(dan)是會減小調制帶寬。

聲(sheng)(sheng)光調制器(qi)常(chang)見的(de)材(cai)料(liao)為二氧(yang)(yang)化碲(TeO2),石英(ying)晶(jing)體和熔融二氧(yang)(yang)化硅。在材(cai)料(liao)選擇(ze)方(fang)面有很多標準,包括(kuo)電光系數,透(tou)明范圍,光損傷(shang)閾值和需要的(de)尺寸。也可(ke)以采(cai)用不同的(de)聲(sheng)(sheng)波(bo),常(chang)用的(de)是縱波(bo)(壓縮)。這樣可(ke)以得到高的(de)衍射(she)(she)效(xiao)率,而衍射(she)(she)效(xiao)率也與光束(shu)的(de)偏振(zhen)有關。當采(cai)用聲(sheng)(sheng)剪切波(bo)(聲(sheng)(sheng)學振(zhen)動方(fang)向與激光光束(shu)相同)時,與偏振(zhen)方(fang)向無關,但是這會降低衍射(she)(she)效(xiao)率。

還有(you)在一塊芯(xin)(xin)片(pian)上包含多(duo)個聲光(guang)調(diao)制器(qi)的(de)集成光(guang)學器(qi)件。可以(yi)在鈮(ni)酸(suan)鋰上集成光(guang)學器(qi)件,由于它是(shi)壓電的(de),因此(ci)芯(xin)(xin)片(pian)表(biao)面的(de)金屬電極可以(yi)產生表(biao)面聲波(bo)。這(zhe)種裝(zhuang)置有(you)很(hen)多(duo)用途(tu),例(li)如(ru),用做可調(diao)諧光(guang)學濾波(bo)器(qi)或(huo)者光(guang)學開關(guan)。

聲光調制器具有很多應用:

它(ta)可(ke)以用做固態激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器中的(de)Q開關。AOM也(ye)稱為Q開關,在脈沖產生(sheng)之前用來關閉激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)諧振(zhen)腔(qiang)。大(da)多數情況(kuang)下,只有零階光(guang)(guang)(guang)束滿足激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)條件,并且當不需要激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)時(shi)可(ke)以將AOM打(da)開。這時(shi)需要衍射(she)損(sun)(sun)耗(hao)(每次往返諧振(zhen)腔(qiang)產生(sheng)的(de)損(sun)(sun)耗(hao))大(da)于(yu)(yu)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器增(zeng)益。對(dui)于(yu)(yu)高增(zeng)益激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(例如,光(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器),通(tong)常是一(yi)階衍射(she)光(guang)(guang)(guang)束滿足激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)條件,因此當AOM關閉后,會產生(sheng)非(fei)常大(da)的(de)諧振(zhen)腔(qiang)損(sun)(sun)耗(hao)。但是,激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)態的(de)損(sun)(sun)耗(hao)也(ye)相當高。

AOM也可以用(yong)做固態(tai)激光(guang)器的傾斜腔,產生納秒或超短脈沖。后者情況下,AOM的速(su)度只有當諧(xie)振腔比(bi)較長時才滿足要(yao)求,或者需要(yao)采用(yong)電光(guang)調制器。

采(cai)用AOM調(diao)整諧振(zhen)腔中往返光的諧振(zhen)波損(sun)耗可(ke)以實現(xian)主動鎖(suo)模。

AOM可以用做脈沖(chong)拾取器來(lai)降低脈沖(chong)列的脈沖(chong)重復(fu)速率,為了(le)將脈沖(chong)進(jin)行(xing)后續(xu)的放大過程得到很高的脈沖(chong)能量(liang)。

在激光打印(yin)機和其它裝置中(zhong),AOM可(ke)以(yi)用來調(diao)制(zhi)激光光束的(de)(de)功率(lv)。調(diao)制(zhi)可(ke)以(yi)為(wei)連(lian)續的(de)(de)或者數(shu)字的(de)(de)(開/關)。

AOM會使激光光束頻率產(chan)生偏移,例(li)如用在各種測量器件中,或者(zhe)用在利用通過頻移光學反(fan)饋實(shi)現鎖模的激光器中。

有(you)些情(qing)況下(xia)需要利用衍射(she)(she)角與聲(sheng)學(xue)頻率(lv)有(you)關的(de)效應。尤其是可(ke)以掃描出(chu)射(she)(she)光束的(de)方向(至少(shao)掃描小范(fan)圍的(de))來改變調制頻率(lv)。

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