声光调制器使用方法，声光效应调制器工作原理
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|声光调制器（AOM）是一种可用于通过电驱动信号控制激光束功率的装置。它基于声光效应，即由于声波的振动机械应变（光弹性效应）而导致特定晶体或玻璃材料的折射率发生变化。通常，声光调制器被理解为强度调制器，而其他声光器件适用于改变光学频率（声光移频器）或空间方向（声光偏转器）。声光调制器的关键元件是光可以穿过的透明晶体（或玻璃片）。连接到晶体的压电换能器从高频驱动器（通常通过阻抗匹配装置）获得强振荡电信号，以激发频率为100 MHz（通常波长在10 到100 微米之间）的声波。声波产生在材料内传播的应变波。声光调制器有时被称为布拉格单元，因为光弹性效应会产生渐进折射率光栅，光可以通过该光栅进行布拉格衍射。
非谐振声光调制器示意图：换能器产生声波，其光束被部分衍射。衍射角被放大，通常在1 左右。
如果调制器的相互作用长度很短，则可以在获得多个衍射级的拉曼纳斯区域工作。然而，大多数声光调制器都以布拉格机制运行，其中一阶衍射非常有效，几乎不会散射到其他阶中。
衍射光束的光学频率会增加或减少声波的频率（取决于声波相对于光束的传播方向），导致它们沿略有不同的方向传播。 （方向的变化比图1 中的要小，因为声波的波数与光束的波数相比非常小。）散射光束的频率和方向取决于声波的频率。声功率控制衍射光的功率。对于大多数应用来说，光频率的微小变化并不重要。
衍射过程可以是偏振相关的或独立的，具体取决于设备设计（纵向或横向波、各向同性或各向异性材料的使用等）。此外，对于具有各向同性相互作用的器件，输出偏振与输入偏振相同，但各向异性调制器的情况并非如此，它仅适用于正确的输入偏振。对于声光调制器，最常用的是纵波（压缩波），并且衍射效率强烈依赖于偏振。使用声剪切波（沿激光束方向的声运动）可提供与偏振无关的行为。
AOM 通常安装在一个小盒子中，盒子的两侧有两个孔或光学窗口，供激光束穿过，还有一个用于射频驱动器的连接器。该盒子也可以放置在旋转台上以进行精确的旋转调整。
衍射效率和对比度
当声功率较小时，衍射效率与声功率成正比，但随着功率增大，衍射效率饱和。对于足够高的声功率，超过50% 的光功率被衍射——。在极端情况下，衍射效率可以达到95%以上。当光的波长较短时，更容易获得高的衍射效率。
对比度定义为最大发射功率与最小发射功率的比率。后者可能受到散射的限制。对于衍射光束，对比度非常高（1000 左右），但最大透射率受到衍射效率的限制。使用非衍射（零级）光束可以获得较高的最大吞吐量，但这种情况下的对比度要低得多。
行波和谐振设计
声波可以在晶体的另一端被吸收（通常是对角切割以避免残留反射造成的驻波效应）。这种行波形状允许几兆赫兹的宽调制带宽，但最终受到声波通过波束场的单向传播时间的限制。其他设备利用晶体另一端声波的强烈反射来使它们产生共振。共振增强可以显着增加调制强度（或降低所需的声功率），但调制带宽会减小。
使用声光材料
声光器件的常见材料有二氧化碲(TeO2)、结晶石英和熔融石英。还使用硫族化物玻璃（通常为燧石玻璃）、磷化铟和锗——，后两者用于红外应用。铌酸锂、磷化镓等材料可用于高频信号处理设备。材料选择的标准多种多样，包括弹性体模量（实际上有不同的声学和光学品质因数）、声学衰减系数、声速、透明度范围、光学损伤阈值和所需的尺寸。
光纤耦合和集成光学声光调制器
大多数AOM 都是高容量设备，但也有紧凑型光纤耦�**姹荆ü庀宋蚕薃OM）。来自输入光纤的光首先被准直，然后通过调制器晶体传输，最后聚焦到输出光纤中。插入损耗通常约为3 dB。
还有一种集成光学器件，在芯片�**桓龌蚨喔錾獾髦破鳌＠纾ü褂妙晁犸↙iNbO 3 ）上的集成光学器件，这是可能的。这是因为这种材料是压电的，这使得它能够通过芯片表面的金属电极产生表面声波。此类设备可以以多种方式使用，包括用作可调节滤光器和灯开关。
AOM 射频驱动器
当声光调制器用作幅度调制器或有源Q开关时，所使用的电子驱动器通常是在固定调制频率但具有可变幅度的设备。幅度通常由模拟输入电压或数字输入信号（用于开/关调制）控制。
所需的射频驱动功率很大（有时为几瓦），特别是在长光波长下，并且通常不足以实现高衍射效率。
声光调制器的重要特性
当为特定应用选择声光调制器时，各个方面可能都很重要。
· 材料在相关波长下应具有高透明度，并且应尽量减少不需要的反射，例如通过使用抗反射涂层。
· 高衍射效率通常很重要。例如，当使用声光调制器作为高增益激光器中的Q 开关时，这一点很重要，对于腔阻尼来说更是如此。所需的射频功率会影响功率要求和冷却问题。对于具有高弹光系数的声光材料来说，该值较低。
· 根据器件设计，衍射效率可能与偏振相关。
· 调Q和锁模等腔内激光应用，尤其是高功率应用，需要具有低寄生吸收的声光调制器，并且在某些情况下需要具有高激光脉冲损伤阈值。高功率水平通常需要大孔径。对于涉及超短脉冲的应用，色散和光学非线性可能很重要。
· 输入孔径尺寸限制了可用的光束半径。用于大光束的声光调制器更昂贵（因为它们需要更昂贵的晶体材料），速度暂时较慢（见下文），并且需要更多的射频功率。
· 对于某些应用（例如调Q和浇注），切换时间尤其重要。它受到声光介质中声速的限制。这意味着声光调制器必须缓慢地切换大直径激光束。这种调制器可以使用直径较小的聚焦激光束来操作，但这可能会由于光束发散增加而导致衍射效率降低。
请注意，衍射效率非线性地取决于声驱动功率。为了获得有效的线性响应，需要对驱动信号进行适当的预失真。
在声光频移和声光偏转器的情况下，其他方面也可以发挥作用。例如，较低的声速更容易实现大范围的光束角度。
由于各种权衡，不同的应用使用完全不同的材料和操作参数。例如，具有最高衍射效率的材料并不是具有最高光学损伤阈值的材料。更大的图案面积可以提高功率处理能力，但需要使用更大的晶体或玻璃板和更高的驱动功率，并且还会增加开关时间，而开关时间受到声传播时间的限制。对于高速声光光束扫描仪，需要大的图案区域来实现高像素分辨率，而高扫描速度则需要较小的图案区域。
AOM的应用
声光调制器有许多应用。
· 用于调Q固体激光器。称为Q 开关的声光调制器用于在产生脉冲之前阻挡激光腔。在大多数情况下，我们在激光条件下使用零级（无衍射）光束，并在需要禁用激光时打开声光调制器。这要求引起的衍射损耗（可能每个腔两次往返）大于激光增益。
· 声光调制器还可用于产生纳秒或超短脉冲的固态激光器中的腔阻尼。在后一种情况下，只有当激光腔相对较长时，声光调制器的速度才足够，否则可能需要电光调制器。
· 主动锁模通常使用声光调制器(AOM) 来执行，以在往返频率或其倍数处调制谐振器损耗。
· AOM 可用作脉冲拾取器，以降低脉冲串的脉冲重复率，并允许随后放大脉冲（例如脉冲能量）。
· 激光打印机和其他设备可以使用声光调制器来调制激光束的功率。调制可以是连续的或数字的（开/关）。
· 在噪声衰减装置中，可以通过反馈电路来控制衍射损耗，从而使发射功率产生强度噪声。
· AOM 可用作某些激光通信系统中的外部调制器。
GH声光调制器
声光调制器(AOM) 能够以远远超过机械快门（高达70 MHz）的速度控制和调制光强度。我们的调制器针对低散射和高激光损伤阈值进行了优化。确定最佳声光调制器和射频驱动器解决方案需要了解应用的上升时间、调制速率、光束直径和功率处理需求。
声光调制器(AOM) 使用晶体内的声波来创建衍射光栅。随着施加的射频信号功率的变化，衍射光的量也会成比例地变化。调制器可以像百叶窗（以设定频率打开和关闭光）或可变衰减器（动态控制透射光的强度）一样使用。选择调制器时最重要的因素是所需的速度。这会影响所使用的材料、调制器设计和射频驱动器选择。调制器的速度由其上升时间来描述，它决定了调制器对所应用的射频驱动器的响应速度并限制调制速率。上升时间与声波穿过光束的时间成正比，因此受到调制器内光束直径的影响。
声光调制器
就速度而言，调制器分为两大类。非常快的调制器可以提供高达70 MHz 的调制频率，上升时间约为4 ns。为了达到这个速度，输入光束必须非常紧密地聚焦到调制器中。然而，低频调制器没有这个限制，可以接受更大的输入光束。它们的上升时间通常以相对于输入光束直径的ns/mm 为单位指定。在确定合适的调制器和射频驱动器时，除了速度之外，还应考虑其他选择标准。 · 工作波长· 光功率· 所需的调制类型（模拟或数字） · 光束直径· 所需的对比度· 偏振大多数应用需要高对比度：一阶衍射光束用于区分调制器的“开”和“关”状态。这提供了40 dB 或更高的消光比，但会降低偏转光束的吞吐量（通常为85-90%）。对于某些传输更重要的应用（例如强度均衡），大约10 dB 的对比度是可以接受的。这允许使用不衍射的零级光束，通常产生99% 的光通量。
GH FIBER-Q 光纤耦合调制器(FC-AOM) 光纤耦合声光调制器(FCAOM) 为光纤激光器的幅度调制提供了一种优雅而强大的解决方案，可改善激光输出的定时、强度和强度。可以直接控制。时间的形状。我们的Fiber-Q 调制器在保偏(PM) 和非保偏格式中、在可见光和红外波长下调制频率高达80 MHz 时具有高消光比、低插入损耗和出色的稳定性。 Fiber-Q 系列专为可靠性而打造，采用坚固、密封的设计，采用紧凑、薄型封装，非常适合轻松集成到全光纤和OEM 系统（包括医疗激光系统）中。每个Fiber-Q 声光调制器都需要一个射频驱动器来生成射频信号，从而在嵌入式AO 晶体内生成声波。 Fiber-Q 的光束调制取决于所施加的射频信号的频率和强度。
光纤耦合声光调制器(FCAOM) 最初是在GH 开发的，用于调制光纤中的光强度，而无需切割光纤来安装自由空间声光调制器(AOM)。我做到了。传统上，光纤激光调制是使用主振荡器功率放大器（MOPA）来实现的。 MOPA 限制了可以生成的脉冲形状，并且需要单独的半导体种子激光系统。光纤声光调制器的直接集成是一种更简单的方法，不仅可以减少损耗，还可以保持光路闭合，以提高功率处理能力和可靠性。
光纤耦合声光调制器（FCAOM）可以直接控制光纤激光器有源输出的时间特性，以提供更广泛的脉冲形状。作为声光效应的副产品，穿过光纤耦合调制器的一阶衍射模式的光也会经历频移和光束偏转。这使得我们的Fiber-Q 产品不仅可用于调制，还可用于激光以外的应用，例如光学外差干涉测量。最近添加的可见Fiber-Q 产品还可以为生物医学应用（例如显微镜和流式细胞术）设计更紧凑的全光纤仪器。
非密封光纤耦合声光调制器
目前，GH提供一系列光纤声光调制器，旨在提供低插入损耗、高消光比和优异的回波损耗。 Fiber-Q系列的一般光学性能如下： · 插入损耗：低至2 dB，具体取决于型号· 消光比：50 dB · 回波损耗：40 dB · 偏振消光比：20 dB（保偏型号） 我们利用我们在通信元件设计方面的专业知识，创造出各种高度可靠的光纤调制器，调整工艺和设计，以满足高光功率和精确光纤对准的挑战。我们在内部生长、抛光和制造所有二氧化碲(TeO 2 ) 晶体，以在整个制造过程中实现低散射和严格的质量标准。这确保了始终如一的高可靠性、高激光损伤阈值和高光学性能。
保偏光纤Q 保偏1550 nm 密封光纤耦合声光调制器
GH 在光纤耦合调制器的开发方面继续引领市场，提供首款适用于397 nm 至780 nm 可见波长的器件，以满足传感和量子技术应用的需求。我们的快速开关速率Fiber-Q 设备可在全光纤激光系统中实现红外波长高效、快速的光脉冲拾取。大多数设备还提供3 端口配置。
除了我们的标准Fiber-Q 调制器系列外，我们还定制、设计和批量生产以满足OEM 需求。此外，我们的技术支持团队将与您一起确定最适合您的应用的射频驱动器，同时考虑所需的调制类型（数字或模拟）以及您的特定脉冲整形需求。