聲光調(diào)制器的基礎(chǔ)原理
聲光調(diào)制器是利用電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以用來(lái)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(yīng),即通過(guò)聲波機(jī)械振蕩壓力改變折射率。
AOM的關(guān)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(zhuǎn)換器用來(lái)激發(fā)聲波,聲波的頻率在100MHz量級(jí)。光在周期性折射率光柵中傳播受到布拉格衍射產(chǎn)生聲波,因此AOMs有時(shí)也稱為布拉格盒。
散射光的頻率增加或減小的值等于聲波頻率(與聲波相對(duì)于光束的傳播方向有關(guān)),并且散射光的方向稍有變化。(方向的變化很小,如圖,因?yàn)槁暡ǖ牟〝?shù)與光播相比非常小。)散射光的頻率和方向可以通過(guò)控制聲波的頻率進(jìn)行控制,然而聲波功率則受制于光功率。當(dāng)聲波功率足夠高時(shí),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(jié)構(gòu)使其可以達(dá)到很寬的調(diào)制帶寬。其他裝置是與聲波共振的,利用晶體另一端對(duì)聲波的強(qiáng)反射。共振效應(yīng)可以顯著提高調(diào)制深度(或者降低需要的聲波功率),但是會(huì)減小調(diào)制帶寬。
聲光調(diào)制器常見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn),包括電光系數(shù),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,最常用的是縱波(壓縮)。這樣可以得到最高的衍射效率,而衍射效率也與光束的偏振有關(guān)。當(dāng)采用聲剪切波(聲學(xué)振動(dòng)方向與激光光束相同)時(shí),與偏振方向無(wú)關(guān),但是這會(huì)降低衍射效率。
還有在一塊芯片上包含多個(gè)聲光調(diào)制器的集成光學(xué)器件??梢栽阝壦徜嚕↙iNbO3)上集成光學(xué)器件,由于它是壓電的,因此芯片表面的金屬電極可以產(chǎn)生表面聲波。這種裝置有很多用途,例如,用做可調(diào)諧光學(xué)濾波器或者光學(xué)開(kāi)關(guān)。
聲光調(diào)制器(AOM)可被作為光快門(以設(shè)定的頻率進(jìn)行光的循環(huán)開(kāi)關(guān))或可變衰減器(動(dòng)態(tài)控制透射光的強(qiáng)度)使用。在布拉格衍射的作用下,該產(chǎn)品只出現(xiàn)一階衍射光。根據(jù)結(jié)構(gòu)類型,新特光電的聲光調(diào)制器可分為自由空間聲光調(diào)制器和光纖耦合聲光調(diào)制器。
AOM也可以用做固態(tài)激光器的傾斜腔,產(chǎn)生納秒或超短脈沖。后者情況下,AOM的速度只有當(dāng)諧振腔比較長(zhǎng)時(shí)才滿足要求,或者需要采用電光調(diào)制器。采用AOM調(diào)整諧振腔中往返光的諧振波損耗可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)鎖模。AOM可以用做脈沖拾取器來(lái)降低脈沖列的脈沖重復(fù)速率,為了將脈沖進(jìn)行后續(xù)的放大過(guò)程得到很高的脈沖能量。在激光打印機(jī)和其它裝置中,AOM可以用來(lái)調(diào)制激光光束的功率。調(diào)制可以為連續(xù)的或者數(shù)字的(開(kāi)/關(guān))。AOM會(huì)使激光光束頻率產(chǎn)生偏移,例如用在各種測(cè)量器件中,或者用在利用通過(guò)頻移光學(xué)反饋實(shí)現(xiàn)鎖模的激光器中。有些情況下需要利用衍射角與聲學(xué)頻率有關(guān)的效應(yīng)。尤其是,可以掃描出射光束的方向(至少掃描小范圍的)來(lái)改變調(diào)制頻率。
選擇調(diào)制器的最重要因素是所需的速度。這會(huì)影響材料的選擇,調(diào)制器設(shè)計(jì)和要使用的RF驅(qū)動(dòng)器。調(diào)制器的速度由上升時(shí)間描述,該上升時(shí)間確定調(diào)制器可以對(duì)應(yīng)用的RF驅(qū)動(dòng)器做出響應(yīng)的速度,并限制調(diào)制速率。上升時(shí)間與聲波穿過(guò)光束所需的時(shí)間成正比,因此受調(diào)制器內(nèi)光束直徑的影響。