声光调制器参数定义
声光调制器 (AOM, Acousto-optical Modulators)
声光调制器声光调制器 (AOM, Acousto (AOM, Acousto--Modulators)optical Modulators)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。
其工作原理简述如下：声光调制器由声光介质和压电换能器构成。
当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质,在介质内形成折射率变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，如右图所示。
衍射模式有布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射。
激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角为：sin θd ≈θd=（λ0/υ）f1一级光衍射效率η为：η1=I1/IT=sin 2（∆ψ/2） ∆ψ=（π/λ0）√2LM2Pa/H式中λ0为光波长；V 为声光介质中的声速；I1为一级光衍射强度；L 为声光互作用长度；H 为声光互作用宽（高）度；M2为声光品质因数；Pa 为声功率。
当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制；当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。
英国公司古奇·休斯古Gooch & Housego 是全世界最大的声光器件制造商，目前全世界约90%的应用厂家都选用该公司的产品，包括声光Q 开关、电光Q 开关、可调滤光器、调节器、频移器、光纤耦合。
为了进一步拓展亚洲包括中国的市场和提高售后服务质量，该公司已授权我们为中国的唯一代理，为客户提供售前、售中及售后服务。
目前主要供应两种声光调制器：自由空间式声光调制器和光纤耦合声光调制器（或称为全光纤声光调制器）。
光电子技术：3.3 声光调制
吸声器
声反射器
行波型
声光介质 换能器
驻波型
Vs
Vs
电源所产生的调制信号Vs通过换能器转换成超声 波耦合到介质中，形成声光光栅，当光波通过声光介
质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携
带”信息的调制波。
§3.3 声光调制
两种声光衍射:
+2级 +1级
0级 -1 -2
拉曼-奈斯衍射 (低声频,薄光栅），
§3.3 声光调制 2布拉格型声光调制器
也是非线性的，但 效率较高,应用广。
布拉格声光调制器的一级衍射效率是:
I1
sin2 (v )
si
n2
(
k 0
n
L ) sin2(
I0
2
2 cosB
2
L
cos B
s
I1 Ii
s
in2
2 cosB
L
H
M2 Ps
(2 74)
M2IS ) (2 73)
s
I1 Ii
sin2
2 cosB
L
H
M2 Ps
(2 74)
答：布拉格声光调制器的一级衍射效率ηs与Vs不具有线 性关系，在加偏压和小信号调制条件下可实现线性声
光强度调制。
要求加超声偏置并使工作声源频率较低低于10mhz因高频时允许的拉曼奈斯衍射作用长度l太小则要求加大n意味着要大大提高超声功率33声光调制2布拉格型声光调制器布拉格声光调制器的一级衍射效率是
§3.3 声光调制
一、声光调制器的工作原理
声光调制器由声光介质、电-声换能器、吸声 （或反射）装置及驱动电源等组成。
J12
(
2
声光调制
声波是一种纵向机械应力波(弹性波).若把这种应力波作用到声光介质中时会引起介质密度呈疏密周期性变化，使介质的折射率也发生相应的周期性变化，这样声光介质在超声场的作用下，就变成了一个等效的相位光栅,如果激光作用在该光栅上，就会产生衍射。
衍射光的强度、频率和方向将随超声场而变化。
激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大；加之激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密，因而为光信息传递提供了一种理想的光源。
激光调制我们把欲传输的信息加载于激光副射的过程称为激光调制。
光调制分为内调制和外调制两类。
外调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发生相的变化，当激光通过它时即得到调制，所以外调制不是改变激光器参数,而是改变已经输出的激光的参数(强度,频率等)。
声光调制声波是一种纵向机械应力波(弹性波)。
若把这种应力波作用到声光介质中时会引起介质密度呈疏密周期性变化，使介质的折射率也发生相应的周期性变化。
这样声光介质在超声场的作用下，就变成了一个等效的相位光栅，如果激光作用在该光栅上，就会产生衍射。
衍射光的强度、频率和方向将随超声场而变化.所谓“声光调制器”就是利用这一原理而实现光束调制或偏转的。
声光调制的原理1、超声波在声光介质中的作用声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。
行波所形成的声光栅其栅面是在空间移动的。
介质折射率的增大和减小是交替变化的,并且以超声波的速度V向前s推进。
在声光介质中,两列相向而行的超声波(其波长,相位和振幅均相同)产生叠加，在空间将形成超声驻波。
声驻波形成的声光栅在空间是固定的,其相位变化与时间成正弦关系，合成声波方程为:a(z,t)=a1(z,t)+a2(z,t)=2Acos2πz/λs·sin2πt/Ts介质中折射率的变化如图1所示,声波在一个周期T内，介质将两次出现疏密层，且在波节处密度保持不变，因而折射率每隔半个周期(T/2)在波腹处变化一次，即由极大值变为极小值，或由极小值变为极大值，在两次变化的某一瞬间介质各部分折射率相同,相当于一个不受超声场作用的均匀介质。
《声光调制的原理及应用》
《声光调制的原理及应用》声光调制技术是一种利用声音信号控制光的传输和发射的技术。
它利用声音信号的变化来控制光信号的传输，从而实现声音与光的转换和互相影响。
声光调制技术在通信、光学传感、光学计算和生物医学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍声光调制的基本原理和其在不同领域的应用。
一、声光调制的原理声光调制原理是基于光的折射现象和声音的振动原理。
当声音信号通过声音传感器转换成电信号后，电信号会控制声光调制器中的光学元件，使得光线的传输、频率、强度等参数发生变化。
声光调制技术主要应用于声光交叉开关、动态光栅、光学调制器等设备中。
声光调制器主要包括声光作用单元和声音调制单元。
声音调制单元负责将声音信号转换成电信号，而声光作用单元则将电信号转换成光信号。
其中，声光晶体是声光作用单元的主要组成部分，它能够根据电信号的变化来调节光的传输，实现声音与光的转换。
声光调制器能够实现声光信号的传输、调制和解调，是光学通信和信息处理领域的重要设备。
二、声光调制的应用1.光学通信声光调制技术在光纤通信和光学网络中有着广泛的应用。
通过声光调制器，可以将电信号转换成光信号，并实现光信号的传输和解调。
声光调制技术提高了光纤通信的带宽和信号传输速度，使得光纤通信系统具有更高的传输效率和稳定性。
2.光学传感声光调制技术在光学传感领域中有着重要的应用。
声光传感器能够实现对声音信号的检测和转换，用于声学信号处理和声音识别。
声光传感器在工业、医疗和环境监测等领域中得到广泛应用，为相关领域的研究和应用提供了重要的技术支持。
3.光学计算声光调制技术在光学计算和信息处理领域中有着重要的应用。
声光调制器能够实现对光信号的调制和解调，用于光学计算和信息传输。
声光调制技术能够提高光学计算系统的速度和效率，为光学计算和信息处理提供了新的技术手段。
4.生物医学声光调制技术在生物医学领域中也有着重要的应用。
声光调制技术能够实现对声音信号的处理和转换，用于医学影像处理和信号采集。
1.3声光调制
声波的方程：as x, t As cos st ks x
质点瞬时位 声波的角频 移 率 可以近似认为介质折射率的变化正比于介质质点沿x轴位移的 变化率：
da n z , t k s A sin s t k s z dz
nz, t n sins t k s z
布喇格衍射
(a)各向同性介质中的正常布喇格衍射 举例：
实际用于激光器中的声光调Q器件的是布喇格角很小的 ，如 YAG激光器，若超声波的振荡频率40MHz。则在超声介质石 英中的传播时，超声在熔石英中的传播速度s 5.96 105 cm / s 可算得： s 1.49102 cm
n 1.46 。 光波长为： 1.06m，
1.3.1 声光调制的物理基础
声波在介质中的传播
声行波和声驻波所形成的“声光栅” 的差别：
声行波形成的声光栅栅面在空间是运动的，运动速度=声速； 而声驻波形成的声光栅是固定不动的； 声行波光栅在声波作用于声光介质期间是始 终存在的；而声驻波光栅，每隔半个周期便 会出现一次介质折射率为常数的情况，即声 光介质内的声光栅是“有/无”交替变化的。
声光栅近似静止
通过光学稠密（折射率大）部 分的光波阵面将推迟，而通过 光学疏松（折射率小）部分的 光波面将超前。 所以，通过声光介质的平面波 波阵面出现凹凸现象，变成一 个褶皱的波面。 由出射波阵面上各子波源发出 的次波将发生相干作用，形成 与入射方向对称分布的各级衍 射光。
1.3.2 声光相互作用的两种类型——声光衍射
k i
k s
声光互作用可归结为：光子同声子的碰撞过程。在光子和声 子间的一连串碰撞中，每碰撞一次，消失（或产生）一个入 射光子和一个声子，同时产生一个衍射光子。
第4章 声光调制 2012.10.12
(2)布拉格声光衍射的粒子模型。 上面是从光波的相干叠加来说明布拉格声光互作用原理的。
也可以从光和声的量子特性得出声光布拉格衍射条件。光束可以
看成是能量为ħωi，动量为ħki的光子(粒子)流，其中ωi和ki为光波 的角频率和波矢。同样, 声波也可以看成是能量为 ħωs 、动量为
ħ ks的声子流，声光互作用可以看成光子和声子的一系列碰撞，每
2A)，这些点称为波腹，波腹间的距离为λs ／2。在x＝(2n+1) λs
／4的各点上，驻波的振幅为零，这些点称为波节，波节之间的 距离也是λs／2。 x＝ nλs /2 x＝(2n+1) λs／4
图 1.3-2 超声驻波
由于声驻波的波腹和波节在介质中的位置是固定的，因此它形成 的光栅在空间也是固定的。声驻波形成的折射率变化(正比于介 质质点沿x方向位移的变化率, 对上式求导并令△n = - 4Aπ /λs )
光场强是所有子波源贡献的求和，即由下列积分决定：
(1.3—11)
式中，l＝sinθ (因观察角度不同引起的附加相位延迟)表示衍射方向 的正弦; q为入射光束宽度。将ν＝ (Δn)k iL ＝2π(Δn)L／λ代入上式 (ν是因折射率不同引起的附加相位延迟) ，并利用欧拉公式展开成 下面形式：
(1.3-12)
(1.3-5)
声驻波在一个周期内，介质两次出现疏密层，且在波节处密度保 持不变，因而折射率每隔半个周期(Ts／2)就在波腹处变化一次，
由极大(或极小)变为极小(或极大)。在两次变化的某一瞬间，介
质各部分的折射率相同，相当于一个没有声场作用的均匀介质。 若超声频率为fs，那么光栅出现和消失的次数则为2 fs ，因而光波 通过该介质后所得到的调制光的调制频率将为声频率的两倍。
光电子技术(声光调制和声光偏转)
声光偏转器的性能指标及评价方法
性能指标
声光偏转器的主要性能指标包括衍射效率、偏转角度、工作频率范围、响应时间等。其中，衍射效率 反映了声光相互作用的强弱，偏转角度决定了光波偏转的程度，工作频率范围和响应时间则关系到器 件的适用性和动态性能。
评价方法
通常采用实验测量的方法对声光偏转器的性能指标进行评价。例如，可以通过测量不同频率和声强下 的衍射效率和偏转角度，绘制出器件的频率响应曲线和偏转特性曲线，以全面评估器件的性能。
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声光偏转是利用声波在介质中传播时 引起的折射率梯度，使光束发生偏转 的现象。声光偏转器通常由压电晶体 和棱镜组成，当压电晶体受到声波作 用时，其折射率会发生变化，使得通 过棱镜的光束发生偏转。
声光调制和声光偏转 的应用
声光调制和声光偏转在光通信、激光 雷达、光学测量等领域具有广泛的应 用。例如，在光通信中，声光调制器 可用于实现高速光信号的调制和解调 ；在激光雷达中，声光偏转器可用于 实现光束的快速扫描和定位；在光学 测量中，声光调制和声光偏转可用于 实现高精度的光学干涉和衍射测量。
02 声光调制技术
声光调制器的基本结构和工作原理
基本结构
声光调制器主要由声光介质、压电换能器、吸声（或反射）装置及驱动电源等组 成。
工作原理
声光调制器是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理器件。当特定频 率的声波作用于声光介质时，会引起介质折射率的变化，从而使通过介质的光波 参数（如振幅、频率、相位等）随之发生变化，实现对光波的调制。
于制作光电探测器。
非线性光学材料
具有非线性光学效应的材料， 如磷酸二氢钾、铌酸锂等，用 于制作光调制器和光开关等。
《声光调制》课件
3 具有可调性
声光调制器可以调节声光 耦合效应的强度和速度， 实现灵活的信号调制和控 制。
声光调制的应用
1 光纤通信
声光调制技术可以实现光纤通信中的信号调 制、解调和光放大，提高通信质量和距离。
3 光纤传感器
声光调制器可以用于光纤传感器中的信号调 制和解调，实现高灵敏度、高分辨率的传感 器探测。
2 激光雷达
声光调制器在激光雷达中可以实现激光脉冲 信号的调制和解调，提高雷达测距和探测精 度。
4 光存储技术
声光调制技术在光存储中可以实现高密度、 高速度的数据存储和读取。
声光调制的发展趋势
1 新型材料的发展
2 新型激光技术的应用 3 相关技术的集成
新型材料的不断发展将为 声光调制器的性能提升和 应用拓展提供更多可能性。
新型激光技术的应用将进 一步推动声光调制器的性 能提升和应用领域的扩大。
声光调制器将与其他光电 子技术相互集成，形成更 加高效和多功能的光学系 统。
总结
1 声光调制的优势和应用前景
声光调制技术具有快速、高分辨率和可调性等优势，在光通信、激光雷达等领域拥有广 阔的应用更先进的材料和技术支持以实现更高的性能，并克服面临的挑战和瓶颈。
声光调制
本课件将介绍声光调制的概念、原理、实现方式以及应用领域，以及声光调 制的发展趋势和未来的前景。
概述
1 声光调制的定义
声光调制是一种利用声波和光波相互作用的 技术，将声音信号调制到光波上，并通过光 波传输和控制。
2 应用领域
声光调制广泛应用于光通信、激光雷达、光 纤传感器和光存储技术等领域，为光电子技 术提供了重要支持。
声光调制原理
1 激光器的工作原理
激光器通过受激发射产生的聚集光，提供了 高亮度和相干性的光源。
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声光调制器（AOM）参数定义
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。
参数定义
光波长: 用于声光互作用的有效波长。
光波长范围: 满足声光性能参数规约的光波长宽度。
工作频率: 声光器件工作的声载波频率。
衍射效率: 级光强（或衍射光强）与透过声光介质总光强的百分比值。
脉冲重复率: 脉冲信号包络的时间周期的倒数。
光脉冲上升时间: 脉冲信号前沿从10%上升到90%稳定值的时间。
动态调制度: 信号包络的最大值Imax 和最小值Imin，按公式
Imax-Imin/Imax+Imin 计算的数值。
调制带宽: 以低频信号的最大调制度为基值，改变调制信号直到调制度下降3dB 所对应的频率宽度。
线性度: 一级衍射光强与控制电压改变的关系曲线的线性状况。
电压可调范围: 满足线性度指标的控制电压范围。
线性光强等级: 衍射光强度随控制电压改变所能达到可分辨的光强变化等级，亦可称之为灰度等级。
消光比: 一级光衍射光方向上器件处于“开”状态的最佳衍射光强与“关”状态下的杂散光强之比值。
光学透过率: 声光介质插入光路中的透过光强与自由光路的光强之百分比值。
移频带宽: 以中心频率处衍射光强的最大值为基准，衍射光强随声载波频率改变而下降至3dB 所对应的带宽。