1 聲光移頻器原理
光作為載體,通過聲光移頻器把移頻信號加到載波上的過程。光頻的改變量等于外加射頻功率信號的頻率。輸出光取正一級衍射光時,輸出光的頻率為原激光頻率加電信號頻率,輸出光取負一級衍射光時,輸出光的頻率為原激光頻率減電信號頻率。改變輸入信號的頻率,即可控制輸出光的頻移量,或者保持驅動頻率不變,取不同衍射級次作為輸出。聲光移頻器在實際應用中要求輸出光的功率盡可能高,所以聲光移頻器一般工作在布拉格衍射模式,如下圖所示。

圖1 聲光移頻器的工作原理
2 聲光移頻器的構成
電聲換能器(超聲發生器)——它是利用某些壓電晶體(石英、LiNb03等)或壓電半導體(CdS. Zn0)的反壓電效應,在外加電場作用下產生機械振動而形成超聲波,將調制的電功率轉換成聲功率。
吸聲(或反射)裝置—放置在超聲源的對面,用以吸收已通過介質的聲波,以免返回介質產生干擾(超聲場工作在行波狀態);如果超聲場工作在駐波狀態,吸聲裝置需換成反射裝置。
驅動電源—用以產生調制信號,驅動聲光調制器工作。
聲光移頻器的主要性能參數有三個:一級衍射效率、移頻帶寬、移頻精度或移頻穩定度。為了提高聲光移頻器輸出光的衍射效率和移頻帶寬,聲光器件必須工作在布拉格衍射模式;提高壓電換能器的帶寬,采取超聲跟蹤以提高布拉格帶寬和解決帶寬阻抗匹配技術。聲光移頻器的移頻量和移頻精度主要由驅動電功率信號決定,聲光器件本身對頻率基本沒有影響,所以為保證聲光移頻器頻精度或移頻穩定度,驅動源必須采用高穩定度的晶體振蕩器或高穩定性的功率信號源。
3 移頻原理
由聲光布拉格衍射理論可知,光束以θi角入射時,產生衍射極值應滿足布拉格條件θi=θd=θB,布拉格角一般很小,可寫為

故衍射光與入射光間的夾角(偏轉角)等于布拉格角θB的2倍,即

由式(2)可以看出:改變超聲波頻率fs時,就可改變偏轉角θ,從而達到控制光束傳播方向的目的。即超聲頻率改變Δfs引起光束偏轉角的變化為

這可用下圖及聲波矢關系予以說明。設聲波頻率為fs時,聲光衍射滿足布拉格條件,則聲波矢圖為閉合等腰三角形,衍射極值沿著與超聲波面成θd角的方向。若聲波頻率變為fs+Δfs時,則根據κs=2π/νs*fs的關系,聲波波矢將Δκs=2π/νs*Δfs的變化。由于入射光θi不變,衍射光波矢大小也不變,則聲光波矢圖不再閉合。光束沿著OB方向衍射,相應的光束偏轉角為θ。因為θ和Δθ都很小,因而可近似認為

,所以偏轉角與聲頻的該變量成正比。

圖2 聲光移頻器原理圖