光調(diào)制器通常用來(lái)操控光束的性質(zhì),例如激光光束。調(diào)制器根據(jù)所調(diào)制光束的性質(zhì)被稱為強(qiáng)度調(diào)制器,相位調(diào)制器,偏振調(diào)制器,空間光調(diào)制器等。不同類型的調(diào)制器可以應(yīng)用到不同的應(yīng)用領(lǐng)域,例如光纖通信領(lǐng)域,顯示設(shè)備中,調(diào)Q或者鎖模激光器,以及光學(xué)測(cè)量中。
聲光調(diào)制器縮寫(xiě):AOM,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AOM有時(shí)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(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)與光波相比非常小。)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,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(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??梢栽阝壦徜嚿霞晒鈱W(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)制器具有很多應(yīng)用:
它可以用做固態(tài)激光器中的Q開(kāi)關(guān)。AOM也稱為Q開(kāi)關(guān),在脈沖產(chǎn)生之前用來(lái)關(guān)閉激光諧振腔。大多數(shù)情況下,只有零階光束滿足激光條件,并且當(dāng)不需要激光時(shí)可以將AOM打開(kāi)。這時(shí)需要衍射損耗(每次往返諧振腔產(chǎn)生的損耗)大于激光器增益。對(duì)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(dāng)AOM關(guān)閉后,會(huì)產(chǎn)生非常大的諧振腔損耗。但是,激光態(tài)的損耗也相當(dāng)高。
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。
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