[发明专利]声光调制器及用于对光学波前执行声光强度调制的射频相位调制技术

说明书

技术领域

本发明大体来说涉及光学调制系统及相关组件，且更明确地说，涉及声光调制器及使用声光效应来调制光束的类似装置。

背景技术

声光调制器(有时称为布拉格盒(Bragg cell))使用射频下的声波来衍射光并使光移位。这些装置经常用于电信系统中的Q开关、信号调制以及光谱学系统中的激光扫描及束强度控制、频移及波长滤波。许多其它应用适于使用声光装置。

在此类声光装置中，压电变换器(有时还称为RF变换器)紧固到作为透明光学材料(举例来说，熔融硅石、石英或类似玻璃材料)的声光体介质。电RF信号振荡并驱动所述变换器振动且在所述透明介质内产生声波，所述声波经由光弹效应影响所述介质中的光学场的性质，其中超声波的调制应变场耦合到所述声光体介质的折射率。因此，所述折射率在振幅上的改变与声音在振幅上的改变成比例。

通过移动声光体材料中的压缩及扩张的周期平面来改变所述折射率。传入光由于所产生的周期指数调制及干涉而散射，类似于布拉格衍射。

压电变换器可产生声波且光束被衍射成数个序数。可借助正弦信号使体介质振动且使声光调制器倾斜，使得将光从平声波反射成第一衍射序数以产生高偏转效率。

在声光装置中，通常可通过以下各项来控制光：1)偏转，2)强度，3)频率，4)相位，及5)偏振。

在使用偏转的声光系统中，衍射束以取决于光的波长相对于来自声音的波长的角度出射。然而，当通过强度控制光时，由声音衍射的光量取决于声音的强度以调制衍射束中光的强度。在对光的频率控制的情况下，与其中光因移动平面而散射的布拉格衍射相比，衍射束的频率被多普勒移位等于声波频率的量。还可能由于保存了光子及声子的能量及动量而发生频移。频移可从少到20MHz到多达400MHz而不同或者在一些情况下甚至具有更大范围。两种声学波可在材料中沿相反方向传播且产生不使频率移位的驻波。在使用相位控制光的系统中，衍射束可移位声波的相位。在通过偏振控制光的系统中，共线横向声学波沿纵向波是垂直的以改变偏振。因此，可发生双折射相移。

在许多应用中，声光调制器是优选的，因为其比可倾斜镜及其它机械装置更快速。声光调制器使现有光学束移位所花费的时间限制于声波的转换时间。声光调制器经常用于其中激光器以高峰值功率(通常在千兆瓦范围中)产生脉冲式输出束的Q开关中。此输出可高于操作连续波(CW)或恒定输出模式的激光器。

声光调制器装置及类似声光系统的实例揭示于共同受让的美国专利第4,256,362号；第5,923,460号；第6,320,989号；第6,487,324号；第6,538,690号；第6,765,709号；及第6,870,658号中，所述美国专利的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

常规声光装置通常依赖于使用大且昂贵的混合输出射频(RF)放大器来提供在所述装置的操作中必需使用的必要驱动功率。通常，施加较高的供应电压以适应所述混合输出射频放大器的必要输出截取点。此导致使用额外及/或更昂贵的电源以满足集成电路(IC)要求及射频放大器要求两者。

在常规声光装置的其它应用中，设计通常并入有一个或一个以上单片压电小板，所述小板接合到体介质以用于向所述体介质中发射超声应变场。在一些实例中，低顺应性合金接合将两个组件熔融在一起，从而提供产生较低声学损失的界面同时适应所述小板与光学体介质之间的宽带阻抗匹配。通过低顺应性界面耦合的小板与光学介质的不同热膨胀系数(CTE)的组合可导致应力，从而引起局部化的剪切CTE膨胀不匹配诱发的断裂及经受扩展温度条件的大小板声光装置的故障。这些扩展温度条件可在不可操作状态中(即，在耐受性存储温度下)或在一些情况下由于高电平信号条件而出现。

使用声光装置的一些关键应用调制光学束的强度。此调制可由于在接通及关断到装置的RF调制波形时引入的局部热瞬态而产生衍射束输出角度的小偏向。这些热瞬态可负面地影响可产生的焦点的分辨率。

发明内容

一种声光调制器包含声光体介质及附接到所述声光体介质且形成为线性电极阵列的变换器。变换器驱动器连接到每一电极且形成为连接到所述电极的多个放大器，使得每一电极由相应放大器相干地进行相位驱动以更改声学场的角动量分布且交替地允许及抑制光学场与所述声学场之间的相位匹配并产生对光学波前的所要强度调制。

在一个方面中，所述变换器驱动器连接到所述电极，使得所述线性电极阵列中的交替电极被不同相地驱动。所述线性电极阵列可经配置以于叉指式配置及非叉指式配置中的一者中被驱动。