声光调制器（AOM）原理与应用
声光调制器（AOM）原理与应用
声光调制器（AOM）是一种通过声光效应实现激光束调制的关键设备。它利用声波在透明介质中产生的折射率变化来调制激光束的强度和方向，具有调制速度快、体积小、调制效率高等特点，在激光器、激光通信、激光成像等领域有着广泛的应用。
概述
声光调制器（AOM）是一种高速、声光脉冲调制器，能够同时实现激光光束调制与激光功率控制。通过给声光调制器的驱动电源输入高重复频率信号，能够实现激光强度的变化；此外，在输入不同编码的数字信号和频率（TTL调制）之后，也能够得到相应数字编码的光信号，主要应用于激光文字图像处理和激光数字通信领域。
声光调制器具有调制速度快、体积小、调制效率高、消光比高、易于编码和使用方便等特点。它基于声光效应，即通过声波的振荡机械应变改变某些晶体或玻璃材料的折射率（光弹性效应）。
主要工作原理
光调制技术是一种调制技术，就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为调制器。调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，然后检测出所需要的信息。
光的调制主要有直接调制与间接调制两种方式。早期的调制方式主要采用直接调制，它通过改变半导体激光源的注入电流实现发光强度随电信号的变化而变化。但这种方法存在调制过程的非线性效应和啁啾效应，导致系统性能降低，常用于中低速通信系统。
声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与直接的电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。
声光调制的工作原理如图所示：
声光调制器件由声光介质和压电换能器构成。工作过程如下：
- 一开始，激光可以无条件的通过声光介质(晶体）
- 驱动电源产生某种特定载波频率的电信号
- 载波频率的电信号驱动换能器时, 换能器即产生同一频率的超声波信号。
- 超声波信号并传入声光介质（透明晶体）,在介质内形成折射率变化
- 激光束通过声光介质（透明晶体）时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。
- 激光束经过衍射后，输出信号的功率就极大的降低，波束也遭到了破坏。
声光调制器件
声光调制器主要有以下几种类型：
- 声光调制器: 通常，AOM 被理解为强度调制器
- 声光偏转器: 其他声光器件适用于移动 光频（→ 声光移频器）或空间方向（声光偏转器）。
- 声光移频器: 其他声光器件适用于移动 光频（→ 声光移频器）或空间方向（声光偏转器）。
- AOTF
- 声光可调谐滤波器
声光调制器的应用领域包括：
- 主要用在彩色印刷、激光成像和显示、光纤通讯开关、仪器及科研中和激光器中。
- 激光调制器在航空航天和国防，工业和电信以及生命科学和生物光子学领域创新和有效制造等领域得到广泛的应用。
- 它们用于调Q的固体激光器。AOM，称为Q 开关，然后用于在产生脉冲之前阻挡激光谐振腔。在大多数情况下，在激光条件下使用零级（未衍射）光束，并且在应该禁止激光时打开 AOM。这要求引起的衍射损耗（可能是每个谐振腔往返两次）高于激光增益。
- AOM 还可用于固态激光器的腔倾倒，产生纳秒或超短脉冲。在后一种情况下，只有在激光谐振腔相对较长的情况下，AOM 的速度才足够；的电光调制器可以以其他方式是必需的。
- 有源锁模通常使用 AOM 来执行，以在往返频率或其倍数处调制谐振器损耗。
- AOM可以用作脉冲拾取器用于减小脉冲重复率一个的脉冲串，以允许脉冲到高的后续扩增，例如脉冲能量。
- 在激光打印机和其他设备中，AOM 可用于调制激光束的功率。调制可以是连续的或数字的（开/关）。
- 在噪声衰减器设备中，衍射损耗可以通过反馈电路来控制，使得传输的功率具有感应强度噪声。
- AOM 可用作某些激光通信系统中的外部调制器。
由于射频功率最终会转化为热量，因此通常需要对 AOM 进行水冷。
声光调制器系统
声光调制器系统主要由声光调制器（AOM）和射频驱动器（RF Driver）组成。
声光调制器（AOM）的关键元素是一个透明的晶体（或一块玻璃），光通过它传播。附在晶体上的压电换能器从射频驱动器获得强振荡电信号，激发频率为 100 MHz 的声波，声波波长通常为10 微米到 100 微米之间。声波在材料中产生行进应变波。通过光弹效应，导致行进的折射率光栅，在该光栅上光可以经历布拉格衍射；因此，AOM 有时称为布拉格单元。
射频驱动器（RF Driver）用于生成射频信号。声光调制器用来控制激光束强度。可以是简单的开关调制、快速开关、变电平调制提供比例强度控制。这些模式由RF驱动器类型决定; 数字或模拟调制分别(或两者的组合)。射频驱动频率通常是固定的，并相应地调整射频振幅。光的上升和下降时间由AOM中激光束直径和晶体声速决定。对于高调制速率，光束需要聚焦在AOM上。
射频驱动器（RF Driver）如果将声光调制器用作调幅器或有源Q 开关，所使用的电子驱动器通常是一种以固定调制频率但可变幅度工作的设备。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（有时几瓦），特别是对于长光波长，通常不够高，无法实现高衍射效率。
RF信号的波形决定了输出的光波的波形。