基于聲光效應(yīng)而實現(xiàn)的聲光調(diào)制
聲光原理在很早之前就已經(jīng)為人所知了,但是聲光器件真正的發(fā)展和長足的進步是隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展才帶動的,在實際的應(yīng)用中聲光器件一般是作為整個光學系統(tǒng)中的一個部件來進行使用,聲光器件包括Q開關(guān),鎖模器,聲光調(diào)制器(AOM),聲光偏轉(zhuǎn)器(AODF),聲光移頻器(AOFS),聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)聲光設(shè)備本質(zhì)上是一個光學單元(晶體)的其中一個面與一個射頻信號發(fā)生器(產(chǎn)生10-100MHz級別的超聲波)相連接而組成的一個器件,由于光的彈性效應(yīng),超聲波對介質(zhì)的折射率產(chǎn)生正弦擾動,使得介質(zhì)折射率有了周期性變化,形成了體光柵結(jié)構(gòu),光柵的周期由聲速和頻率決定,當光波長跟驅(qū)動器頻率匹配時,光和光柵相互作用,行程強的一級衍射效應(yīng)。其中聲光調(diào)制器AOM主要用來做光的調(diào)制,可以對光束進行數(shù)字調(diào)制也叫做開調(diào)制(TTL調(diào)制),模擬調(diào)制,或者混合調(diào)制。還可以對一些不方便功率調(diào)節(jié)的激光器進行功率調(diào)節(jié)。
聲光調(diào)制是基于聲光效應(yīng)而實現(xiàn)的。聲光調(diào)制器由聲光介質(zhì)、電-聲換能器、吸聲(或反射)裝置及驅(qū)動電源等組成。
聲光介質(zhì)是指聲光相互作用的區(qū)域。當一束光通過變化的聲場時,由于光和超聲場的相互作用,其出射光就具有隨時間而變化的各級衍射光,利用衍射光的強度隨超聲波強度的變化而變化的性質(zhì),就可以制成光強度調(diào)制器。
電-聲換能器(又稱超聲發(fā)生器)可以利用某些壓電晶體(如石英、LiNbO3等)或壓電半導體(如CdS、ZnO等)的反壓電效應(yīng),在外加電場作用下產(chǎn)生機械振動而形成超聲波,因此它起著將調(diào)制的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率的作用。
吸聲(或反射)裝置放置在超聲源的對面,用以吸收已通過介質(zhì)的聲波(工作于行波狀態(tài)),以免返回介質(zhì)產(chǎn)生干擾,但要使超聲場為駐波狀態(tài),則需要將吸聲裝置換成聲反射裝置。
驅(qū)動電源用以產(chǎn)生調(diào)制電信號施加于電聲換能器的兩端電極上,驅(qū)動聲光調(diào)制器(換能器)工作。
選擇調(diào)制器的最重要因素是所需的速度。這會影響材料的選擇,調(diào)制器設(shè)計和要使用的RF驅(qū)動器。調(diào)制器的速度由上升時間描述,該上升時間確定調(diào)制器可以對應(yīng)用的RF驅(qū)動器做出響應(yīng)的速度,并限制調(diào)制速率。上升時間與聲波穿過光束所需的時間成正比,因此受調(diào)制器內(nèi)光束直徑的影響。
關(guān)于速度,調(diào)制器分為兩大類。速度非??斓恼{(diào)制器可以提供高達?70 MHz的調(diào)制頻率,并且上升時間可以低至4ns。輸入光束必須非常緊密地聚焦到調(diào)制器中才能達到該速度。較低頻率的調(diào)制器沒有此限制,但是可以接受較大的輸入光束。它們的上升時間通常是相對于輸入光束直徑指定的,單位為ns/mm。