聲光移頻器——用于改變光束的頻率的裝置

當光在聲光調制器中的行進折射率光柵處發生衍射時，衍射光會經歷光頻率的偏移，該偏移正負聲（或驅動）頻率。這種效應（可以解釋為多普勒頻移）在聲光移頻器中得到了利用。

驅動頻率通常在幾十到幾百兆赫之間，很少超過 1 GHz。由此產生的光波長變化非常小。對于較大的頻移，或為了實現非常小的頻移（例如只有幾兆赫），可以級聯兩個或多個設備。還可以使用雙通道通過單個設備以獲得兩倍的頻移。

聲光移頻器可以以固定的驅動頻率運行，產生固定的光頻偏移，或者以可變的驅動頻率運行。在后一種情況下，需要考慮光束方向會隨著驅動頻率的變化而變化；如果這是有害的，人們可以使用方法來盡量減少這種影響。還可以同時操作具有多個驅動頻率的移頻器。

40MHz,532nm  聲光移頻器 I-FS040-1.5S20-3-GH83

光輸入光束通常是來自單頻激光器的激光束。但是，如果帶寬不太大，移頻器也適用于多模光束。

大多數聲光移頻器是大容量器件，但也有緊湊型光纖耦合版本（光纖尾纖 AOFS）。來自輸入光纖的光首先被準直，然后通過調制器晶體發送，最后聚焦到輸出光纖中。還有全光纖移頻器（可能在市場上沒有買到），其中的頻移是在光纖內產生的。

用于聲光移頻器的射頻驅動器

聲光移頻器射頻驅動

與聲光調制器相比，移頻器通常以恒定的驅動功率運行。驅動頻率通常也是固定的，但也有可變頻率的驅動器。

變頻驅動器可能包含壓控振蕩器 (VCO)，其頻率可以通過模擬輸入驅動信號進行調整。為了獲得更高的頻率精度和穩定性，可以使用直接數字驅動器。在其他情況下，輸入信號是具有所需頻率的射頻信號，驅動器僅用作射頻功率放大器。

重要的性能數據

頻率范圍

顯然，聲光移頻器應該提供所需的頻偏或頻移范圍。

光帶寬通常不是問題；通常，此類設備與非常窄的線寬激光器一起使用。然而，工作波長的范圍可能受到抗反射涂層的限制，例如寬度為100nm量級。

衍射效率

一個重要的性能指標是衍射效率，通常約為 50%（對于更長的光波長，試探性更低）。在大多數應用中，非衍射（零級）光束不可用。

無位移光束的消光

對于某些應用（例如在干涉儀中），必須很好地抑制未偏移（零階）光束。在這種情況下，重要的是設備中沒有過度的光散射。除了聲光設備的表面質量之外，重要的是使用具有適當光束半徑和適當對準的激光束來操作設備。

聲光移頻器的應用

光頻計量和其他光學計量領域的應用需要移頻器。例如，激光多普勒振動測量基于干涉儀，其中將移頻器合并到一個干涉儀臂中。所產生的光電探測器信號則在移位器的驅動頻率附近，而不是在零頻率附近。這樣人們就可以輕松區分相反方向的運動。這只是外差檢測的一個例子，其中經常需要移頻器。

另一個領域是激光光譜學，可以在不需要可調激光器的情況下快速掃描某個頻率范圍。固定頻率單頻激光器的激光器噪聲特性通常也比快速調諧激光器更好。

Gooch & Housego 聲光移頻器 (AOFS)

通過聲光 (AO) 設備的傳輸會導致輸入光經歷與 RF 驅動頻率相等的頻移。我們的聲光移頻器 (AOFS) 針對干涉測量等應用的需求進行了優化，能夠實現模式之間的高消光比。

我們提供頻移超過 300 MHz 的標準產品和集成的低功耗 AOFS 模塊，其中射頻驅動器已內置于外殼中。我們的團隊還可以為特定應用定制移頻器，包括高達 600 MHz 的頻移。

40MHz,630-690nm 集成射頻驅動器的聲光移頻器 I-FS040-2S2E-1-GH66

由于聲波（聲子）和聲光設備中相互作用的光子之間的動量傳遞，聲光移頻器 (AOFS) 修改了光束的頻率。當光從聲波產生的衍射光柵散射時，它會經歷多普勒頻移。如果光以與聲波相同的方向通過晶體傳播，則衍射光束的頻率會增加 RF 驅動頻率。如果光波和聲波沿相反方向傳播，則衍射光束的頻率會降低 RF 驅動頻率。

聲波頻率相對于光頻率非常小（數十或數百 MHz 對 ~100 THz），因此在大多數應用中幾乎不可能檢測到頻移。然而，它對于基于干涉的光學技術（如光學外差檢測、激光多普勒測速和激光多普勒測振 (LDV)）非常有用。

在 G&H，我們使用內部生長和拋光的高質量二氧化碲 (TeO2)制造移頻器，以實現最低的插入損耗和出色的功率處理能力。我們提供適用于可見光和 NIR 波長的標準 AOFS 產品，用于基本和雙氬離子、Nd:YAG、He:Ne、二極管、染料和 Ti:藍寶石激光器。

憑借超過 300 MHz 的標準頻移和高達 600 MHz 的定制頻移，以及雙通道配置模型，我們的移頻器可滿足大多數研究和工業需求。對于不尋常的要求，我們可以利用我們的標準調制器和光束偏轉器系列，經常為不尋常的要求找到現成的解決方案。

對于 AOFS 產品的頻移，TeO2中慢剪切模式的各向異性相互作用產生頻移。因此，未偏移的輸入光束與衍射的頻移光束正交偏振。然后可以在 AOFS 外部使用偏振器，以實現衍射光束和非衍射光束之間的高消光比。這有助于消除漏光并避免兩束光之間的差拍模式。需要注意的是，可實現的消光比 (ER) 是所用偏振器的函數，而不是 AOFS。

移頻器是高效的聲光器件，需要非常低的驅動功率來實現所需的頻移。我們的 AOFS 設計通常使用慢切變模式，導致上升時間緩慢，但需要最小的功耗（通常 < 100 mW 功耗）。這使我們可以經常將驅動程序與AOFS打包在一起，以獲得緊湊且節能的解決方案。在功耗成為問題的應用中，我們可以建議如何最好地平衡性能和射頻驅動功率。

盡管頻移看起來很簡單，但我們在聲光設備設計和應用方面的經驗可以幫助確定最佳的現成或定制解決方案和補充 RF 驅動器。