铌酸锂的应用（六）声光偏转器

声光偏转器的基本原理

声光偏转器是利用声光效应而设计的功能器件，在光束控制、光信号处理、光计算、光通信等领域得到广泛的应用。

超声波在晶体中传播会使晶体折射率发生周期性变化，从而使入射光发生衍射的现象称为声光效应。声光偏转器(AODF)是基于声光效应原理而开发的器件，偏转角度可通过控制射频驱动器的频率来精确控制。与传统振镜扫描光束相比，声光偏转器具有超高扫描速度(扫描速度超过250KHz，而一般振镜扫描频率往往在KHz水平)，宽光谱范围，高扫描分辨率，高光通量等优点。

超声波在声光晶体中传播时，会导致晶体折射率的周期性变化，类似产生一个相位体光栅，入射光发生衍射，如下图所示。可通过改变超声场功率和频率的变化来有效控制衍射光的方向、强度和频率。

制作声光器件需要具有弹性系数大、介质均匀性好、声速小、超声衰减小、光透过范围宽、尺寸大等特性的声光晶体。目前主要使用的声光晶体有钼酸铅(PbMoO4)、二氧化碲(TeO2)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)和熔融石英(Fused Silica)等材料，这些材料具有衍射效率高与工作带宽大等特性，通过对工作模式的优化，可实现器件功能的优化设计。

声光偏转器主要由声光介质和电声换能器组成，模型下图所示，声光介质是声光相互作用的媒介，电声换能器也称超声波发生器，作用是将电功率转化为声功率，使得在介质中产生超声场。由于声波是一种弹性波，声波在介质中传播会产生弹性应变，这种现象称为弹光效应，弹性形变又会导致介质折射率发生变化。这种折射率的变化载有声波信息，效果相当于在介质上建立了折射率光栅，其间隔等于声波的波长。超声波频率随不同频率的接收信号改变时，光栅间隔也跟变化。在一定条件下，光束穿过折射率光栅时会发生布拉格衍射。电声换能器输入电压信号的变化可改变声波频率，控制不同角度的声波偏转。布拉格衍射时，理论上入射光束能量可以全部转化到衍射光束，衍射效率级高。

声光器件体积小、重量轻，在实际应用有很多优点，比如驱动功率小、衍射效率高、调制深度大和稳定性好等，同时声光技术还具有实时并行处理能力，以及时间带宽积大、易于与计算机兼容和进行自动化控制等特点，因此声光器件被广泛应用于光束控制、光通信系统、成像技术等领域，使声光器件成为科学研究中一种重要的调制器件。声光偏转器作为一种光电子器件，具有极宽的衍射带宽，且光线偏转角与驱动超声波频率成正比，其应用领域主要有频谱分析、光束控制技术、图像扫描、光学成像及显微技术等。