[发明专利]808nm波段自由空间声光偏振控制系统

权利要求书

1.一种808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：包括相互连接的一个超声驱动源与一个声光偏振控制器；所述超声驱动源包括依次连接的一个控制输入、一个振荡电路及一个放大电路，所述控制输入用于确定输出超声波的输出频率及功率，所述振荡电路根据所述输出超声波的频率产生相应的正弦信号，所述放大电路对所述正弦信号进行放大输出；所述声光偏振控制器包括一个压电换能单元，所述压电换能单元包括一个顶电极、一个底电极、一个压电晶片及一个键合层，所述顶电极、底电极分别镀在所述压电晶片的两端且分别与一个阻抗匹配网络的输出端连接，所述压电换能单元通过所述键合层与一个各向同性的声光介质形成机械连接，所述声光介质的末端设置有一个声吸收体。

2.根据权利要求1所述的808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：所述压电晶片为+36°Y切LiNbO₃晶体。

3.根据权利要求1所述的808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：所述声光介质为长40mm,宽2.5mm的熔石英。

4.根据权利要求1所述的808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：所述声光偏振控制器设置有一个冷却水道。

5.根据权利要求1所述的808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：所述超声驱动源设置有第一BNC接头，所述声光偏振控制器设置有第二BNC接头，所述第一BNC接头与第二BNC接头经高频同轴电缆连接。

6.根据权利要求1所述的808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：还包括一个输入部分及一个探测部分；所述输入部分包括一个808nm激光器，所述808nm激光器前方光路上依次设置有用于光束准直的光阑与透镜、用于输出线偏振光的沃拉斯顿棱镜、用于输出圆偏振光的第一1/4波片及用于输出各个方位角的光强度相等的起偏器；从所述起偏器射出的线偏振光垂直入射至所述声光偏振控制器；所述探测部分依次包括处于从所述声光偏振控制器出射光路上的第二1/4波片、检偏器及光强探测电路，所述光强探测电路与一个采集电路连接。

7.根据权利要求6所述的808nm波段自由空间声光偏振控制系统，其特征在于：所述线偏振光射入所述声光偏振控制器中的声光介质后分解为两个正交分量：y分量φ_m,y和z分量φ_m,z，所述声光介质受到时变超声纵波扰动后的声光效应耦合波方程如式(1)所示：

dφm,ydx-vy2L(φm-1,y-φm+1,y)=imQ2L(m-2α)φm,ydφm,zdx-vz2L(φm-1,z-φm+1,z)=imQ2L(m-2α)φm,z,m=0,1,2,...,M---(1)]]>

其中：L为声光互作用长度，α＝(ksinθ₀)/K为与入射角有关的参数，k为入射光波的波数，K为超声波的波数，θ₀为入射光波矢量相对于x轴正方向的夹角，v_y、v_z为Raman-Nath参数，Q为Klein-Cook参数，m是衍射光的阶数；

采用M阶近似的方法解所述声光效应耦合波方程，做替换ζ＝knx，ρ＝Q/v，其中v＝knL,n是折射率变化的最大值，考虑垂直入射的情况，式(1)改写为式(2)：

2dφm,ydζy-(φm-1,y-φm+1,y)=im2ρyφm,y2dφm,zdζz-(φm-1,z-φm+1,z)=im2ρzφm,z,m=0,1,2,...,M---(2)]]>

忽略高于M阶的项并构造矩阵，将式(2)转为求解特征值和特征向量问题，可得方程的近似解为：

φ0=Σk=1M+1ckexp(12iskζ)=|φ0|eiδ0,φm=Σk=1M+1ckam(k)exp(12iskζ)=|φm|eiδm,m=1,2,...,7---(3)]]>

其中：s_k为方程的特征值，a_m为特征向量；将边界条件φ_m(0)＝δ_m0,m＝0,1,2,...,7代入到式(2)中可以得到常数c_k；

经过声光作用后，输出偏振光的正交分量如式(4)所示：

Em,y=E0|φm,y|eiδm,ysinβEm,z=E0|φm,z|eiδm,zcosβ,m=0,1,2,...,7---(4)]]>

其中：β为入射偏振光相对z轴的方位角，δ_m,y表示声光互作用在y方向引入的相移，δ_m,z表示声光互作用在z方向引入的相移，|φ_m,y|表示声光互作用对入射偏振光y分量幅度的作用，|φ_m,z|表示声光互作用对入射偏振光z分量幅度的作用；

当超声波在声光介质中传播产生应变，声光介质的折射率随着应变变化，该变化用不可渗透张量表示，如式(5)：

Δηij=Δ(1n02)ij=pijklSkl---(5)]]>

由式(5)可知光弹性效应的强弱由介质的光弹性系数和超声波的应变共同决定。