73、声光与电光扫描器：原理、应用与性能分析

声光与电光扫描器：原理、应用与性能分析

1. 声光扫描器与调制器概述

声光（AO）效应在光控制领域有着广泛的应用，涵盖了激光束调制、固态光扫描、频率转换、可调滤波器以及多色光调制等多个方面。其基本原理是通过选择合适的AO材料，并优化压电换能器，实现将电能高效转换为特定频率范围内的超声波功率，产生声波。除了共线可调滤波器外，大多数方案中声波和光波的传播方向近似成90°。

1.1 声光调制器（AOM）

AOM的基本要求是实现高速或宽带宽的光调制，同时保证高光学吞吐量和低电功率消耗。然而，声学传输时间、压电换能器有限的分数带宽以及声波与光波的低效相互作用，都对其性能产生了限制。随着设计要求的提高，材料的光传输、损伤范围和声学衰减等问题也变得难以克服。目前，AOM实现的最高带宽约为2 GHz，上升/下降时间约为 -0.5 ns，但最高效率低于20%。当光波长向红外波长（如10.6μm）增加时，这些参数会显著下降。此外，通过使用线性换能器阵列，可以制造出多达128个通道的AOM设备。

1.2 声光偏转器（AOD）

AOD的主要功能是电子控制地移动或扫描光束。由于光衍射角与声波波长相关，使得这一功能得以实现。理想的AOD应具备最大可分辨光斑数量、最高光学吞吐量和最低电功率消耗等特性。但换能器带宽和材料的声学衰减严重限制了其性能，扫描速度和光学吞吐量的均匀性也会进一步降低其表现。目前，AOD实现的最大可分辨光斑约为2000个，扫描时间约为10 ps或更长。大多数AO材料在正交方向上具有相同的AO特性，这使得使用同一块材料就可以实现二维AO偏转。此外，AOD在信号处理中也有应用，其可分辨光斑数量对应着AO频谱分析仪应用中射频的可分辨光谱分量数量，以