聲光移頻器——用于改變光束的頻率的裝置

當(dāng)光在聲光調(diào)制器中的行進(jìn)折射率光柵處發(fā)生衍射時，衍射光會經(jīng)歷光頻率的偏移，該偏移正負(fù)聲（或驅(qū)動）頻率。這種效應(yīng)（可以解釋為多普勒頻移）在聲光移頻器中得到了利用。

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

聲光移頻器可以以固定的驅(qū)動頻率運(yùn)行，產(chǎn)生固定的光頻偏移，或者以可變的驅(qū)動頻率運(yùn)行。在后一種情況下，需要考慮光束方向會隨著驅(qū)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(qū)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(shù)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(zhǔn)直，然后通過調(diào)制器晶體發(fā)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(nèi)產(chǎn)生的。

用于聲光移頻器的射頻驅(qū)動器

聲光移頻器射頻驅(qū)動

與聲光調(diào)制器相比，移頻器通常以恒定的驅(qū)動功率運(yùn)行。驅(qū)動頻率通常也是固定的，但也有可變頻率的驅(qū)動器。

變頻驅(qū)動器可能包含壓控振蕩器 (VCO)，其頻率可以通過模擬輸入驅(qū)動信號進(jìn)行調(diào)整。為了獲得更高的頻率精度和穩(wěn)定性，可以使用直接數(shù)字驅(qū)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(qū)動器僅用作射頻功率放大器。

重要的性能數(shù)據(jù)

頻率范圍

顯然，聲光移頻器應(yīng)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(shè)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(biāo)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(shù)應(yīng)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(yīng)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(shè)備中沒有過度的光散射。除了聲光設(shè)備的表面質(zhì)量之外，重要的是使用具有適當(dāng)光束半徑和適當(dāng)對準(zhǔn)的激光束來操作設(shè)備。

聲光移頻器的應(yīng)用

光頻計量和其他光學(xué)計量領(lǐng)域的應(yīng)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(chǎn)生的光電探測器信號則在移位器的驅(qū)動頻率附近，而不是在零頻率附近。這樣人們就可以輕松區(qū)分相反方向的運(yùn)動。這只是外差檢測的一個例子，其中經(jīng)常需要移頻器。

另一個領(lǐng)域是激光光譜學(xué)，可以在不需要可調(diào)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(diào)諧激光器更好。

Gooch & Housego 聲光移頻器 (AOFS)

通過聲光 (AO) 設(shè)備的傳輸會導(dǎo)致輸入光經(jīng)歷與 RF 驅(qū)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(yīng)用的需求進(jìn)行了優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)模式之間的高消光比。

我們提供頻移超過 300 MHz 的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和集成的低功耗 AOFS 模塊，其中射頻驅(qū)動器已內(nèi)置于外殼中。我們的團(tuán)隊還可以為特定應(yīng)用定制移頻器，包括高達(dá) 600 MHz 的頻移。

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

由于聲波（聲子）和聲光設(shè)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(dāng)光從聲波產(chǎn)生的衍射光柵散射時，它會經(jīng)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(qū)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(qū)動頻率。

聲波頻率相對于光頻率非常小（數(shù)十或數(shù)百 MHz 對 ~100 THz），因此在大多數(shù)應(yīng)用中幾乎不可能檢測到頻移。然而，它對于基于干涉的光學(xué)技術(shù)（如光學(xué)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(nèi)部生長和拋光的高質(zhì)量二氧化碲 (TeO2)制造移頻器，以實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn) AOFS 產(chǎn)品，用于基本和雙氬離子、Nd:YAG、He:Ne、二極管、染料和 Ti:藍(lán)寶石激光器。

憑借超過 300 MHz 的標(biāo)準(zhǔn)頻移和高達(dá) 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(shù)研究和工業(yè)需求。對于不尋常的要求，我們可以利用我們的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制器和光束偏轉(zhuǎn)器系列，經(jīng)常為不尋常的要求找到現(xiàn)成的解決方案。

對于 AOFS 產(chǎn)品的頻移，TeO2中慢剪切模式的各向異性相互作用產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)的消光比 (ER) 是所用偏振器的函數(shù)，而不是 AOFS。

移頻器是高效的聲光器件，需要非常低的驅(qū)動功率來實現(xiàn)所需的頻移。我們的 AOFS 設(shè)計通常使用慢切變模式，導(dǎo)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(jīng)常將驅(qū)動程序與AOFS打包在一起，以獲得緊湊且節(jié)能的解決方案。在功耗成為問題的應(yīng)用中，我們可以建議如何最好地平衡性能和射頻驅(qū)動功率。

盡管頻移看起來很簡單，但我們在聲光設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用方面的經(jīng)驗可以幫助確定最佳的現(xiàn)成或定制解決方案和補(bǔ)充 RF 驅(qū)動器。