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(chēng)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。可以在鈮酸鋰（LiNbO3）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(mén)（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(lèi)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(mǎn)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?huà)呙璩錾涔馐姆较颍ㄖ辽賿呙栊》秶模﹣?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。