声光调制器原理和技术

1、声光调制器的原理和技术(信息科学工程学院江苏南京)3.1声光调制器介绍声光调制是一种外部调制技术，通常将控制激光束强度变化的声光元件称为声光调制器。 与具有比光源直接调制技术高得多的调制频率的电光调制技术相比，声光调制技术具有更高的消光比(通常大于1000:1 )、更低的驱动功率、更好的温度稳定性、更好的点质量和更低的价格，体积、重量和输出波形更小根据其用途的特征，可分为脉冲声光调制器、线性声光调制器、正弦声光调制器、红外线声光调制器等。3.2声光调制器的工作原理声光调制器由声光介质和压电换能器构成。 当以驱动源的特定载波频率驱动换能器时，换能器产生同一频率的超声波，传递到声光介质，在介质内形

2、成折射率的声变化，当光束通过介质时，它们相互作用，改变光的传播方向，就进行衍射。图1布拉格衍射原理图衍射图案有布拉格衍射和拉曼-茄子型衍射。 用于激光器腔外的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角如下sindd=(0/)f1一次光的衍射效率1=I1/IT=sin2(/2)=(/0)2LM2Pa/H式中，0是光的波长v是声光介质中的声速，I1是一次光的衍射强度，l是声光相互作用长度h是声光相互作用的宽度(高度)度，M2是声光质量系数Pa是声音功率。当施加信号经由驱动电源作用于声光元件时，超声波强度根据该信号而变化，衍射光强度也发生变化，在实现激光的振幅或强度调制的施加信号仅是载波频率，在时间上不变化

3、的情况下，衍射光的频率发生变化而达到频移。图2衍射光的调制信号引起的变化3.3声光调制器的主要参数3.3.1光波长：声光相互作用的有效波长3.3.2光波长范围：满足声光性能参数规约的光波长宽度3.3.3工作频率：声光装置工作的声载波频率3.3.4衍射效率：次光强度(或衍射光强度)和透过声光介质的总光强度的百分比值3.3.5脉冲重复率：脉冲信号包络的时间周期的倒数3.3.6光脉冲的上升时间：脉冲信号的前端从10%上升到90%的稳定值的时间3.3.7动态调制度：用信号包络的最大值Imax和最小值Imin、式Imax-Imin/Imax Imin计算出的数值3.3.8调制带宽：以低频信号的最大调制度

4、为基础、使调制信号变化直到调制度降低3dB的频率宽度3.3.9线性度：一次衍射光强度与控制电压的变化的关系曲线的线性状况3.3.10电压调整范围：满足线性指标的控制电压范围3.3.11线性光强度等级：通过控制电压的变化能识别衍射光强度的光强度的变化等级也被称为灰度等级3.3.12消光比：一次光衍射光方向上器件处于“on”状态的最佳衍射光强度与“off”状态下的杂散光强度之比3.3.13光学透射率：声光介质插入到光路中透射光强度和自由光路的光强度的百分比值3.3.14频移带宽：相对于中心频率处衍射光强度的最大值，衍射光强度随着声载波频率的变化下降到3dB，对应的带宽。3.4常用的声光调制器3.4

5、.1自由空间声光调制器标准自由空间声光调制器被用于激光束的数字或模拟的强度调制。 主要的技术参数如下：波长范围： 240nm2100nm驱动频率： 20mhz350mhz光学上升时间：5ns调制带宽：最大宽度100MHz工作介质：二氧化碲、钼酸铅、熔融石英、石英结晶、隋石玻璃使用数字射频驱动器，外部控制TTL信号可以快速切换激光，使用模拟RF驱动器，可以调节输出激光功率和输入激光功率的比率，典型的调节范围从0%到85%。 最大调制带宽和光上升时间是超声波通过激光束的时间的函数。 因此，为了获得最快速度，通常将激光束聚焦在调制器中的最小点上。3.4.2光纤耦合声光调制器光纤耦合声光调制器的主要特征如下波长： 1310nm或1550nm驱动频率