當今市面上的激光調(diào)制器產(chǎn)品種類繁多。從性能杭抠、成本和可靠性方面如何選擇一個正確的產(chǎn)品可能會令人望而卻步脸甘，尤其是對那些不熟悉這些技術(shù)的人來說。這篇來自Gooch & Housego的文章中介紹了兩種常見調(diào)制器技術(shù)偏灿，聲光調(diào)制器（AOM）與電光調(diào)制器（EOM）的基本工作原理丹诀，相信閱讀后可以獲得理解產(chǎn)品規(guī)格的明確指導(dǎo)，并學(xué)會識別適合您特定需求的產(chǎn)品翁垂。
調(diào)制激光束的好方法是什么——AOM還是EOM?
快速激光調(diào)制的需求
在激光發(fā)展的早期铆遭，希望光束強度能夠快速變化和調(diào)制的應(yīng)用需求就已存在。對調(diào)制應(yīng)用分類的一種方法是通過系統(tǒng)中調(diào)制發(fā)生的位置沿猜。具體來說枚荣，是發(fā)生在激光器內(nèi)（腔內(nèi)）或者在激光器外光學(xué)系統(tǒng)的某處（腔外）。
腔內(nèi)調(diào)制的例子包括Q開關(guān)啼肩、鎖模和腔倒空橄妆。調(diào)制器打開和關(guān)閉光束，以允許存儲的增益（功率）快速釋放祈坠。內(nèi)部調(diào)制的激光輸出比外部調(diào)制的可以得到更高的峰值功率和更短的脈寬害碾。利用這種方法，可以通過將脈沖寬度限制到幾飛秒赦拘，使一個平均功率為幾瓦的鎖模激光器達到接近一太瓦的峰值脈沖功率慌随。
腔外調(diào)制本質(zhì)上是光開關(guān)，可以打開和關(guān)閉光束躺同，或者改變其強度儒陨，但這些不會影響潛在的激光性能。 腔外調(diào)制的應(yīng)用范圍很廣笋籽，從工業(yè)材料的加工到共聚焦和多光子顯微鏡的科研應(yīng)用，以及眼科手術(shù)等醫(yī)療應(yīng)用椭员。調(diào)制器也可用于脈沖選擇车海，調(diào)制器從快速脈沖流中挑選出單個脈沖或猝發(fā)脈沖，隨后放大隘击。脈沖選擇在科研和工業(yè)的超快激光系統(tǒng)中都有應(yīng)用侍芝。
調(diào)制技術(shù)
早期對激光調(diào)制的嘗試是基于機械或機電方法，如快門或快速傾斜檢流鏡埋同，但這些方法對許多應(yīng)用來說還不夠快州叠。因此，兩種完全不同的快速調(diào)制技術(shù)被開發(fā)出來：這就是電光調(diào)制器（EOM）和聲光調(diào)制器（AOM）凶赁。
EOM——通常被稱為普克爾盒咧栗，它是基于晶體的逆甜，晶體會根據(jù)外加的電信號旋轉(zhuǎn)輸入線偏振光的偏振面。當與晶體輸出端固定的線性偏振片組合使用時致板，將產(chǎn)生對激光光束強度的調(diào)制交煞。
有許多晶體支持這種電光效應(yīng)，包括BBO斟或、KD*P和CdTe素征，稱為普克爾效應(yīng)。這些可以配置為以各種不同的操作方式萝挤；如剛才描述的強度調(diào)制器御毅，或可變偏振旋轉(zhuǎn)器。
在EOM中怜珍，外加電壓使入射光偏轉(zhuǎn)端蛆。然后可以用偏光片通過或阻擋光束，從而調(diào)制光束的強度绘面。
AOM實際上是一種可變波束偏轉(zhuǎn)裝置欺税。它利用壓電換能器連接到透明材料的一側(cè)，如各種玻璃揭璃、石英晚凿、TeO2氮发。當以射頻驅(qū)動時猜嘱，壓電換能器會在晶體內(nèi)產(chǎn)生超聲波胸哥，從而使材料折射率產(chǎn)生移動的周期性變化许饿。這在材料中充當布拉格衍射光柵震糖，使輸入到器件的激光束以適當?shù)慕嵌绕D(zhuǎn)丈挟。根據(jù)AOM的配置睦授，多達90%的入射功率可以分配到布拉格光柵的①級衍射锈锤。調(diào)制是通過改變使用的射頻信號來實現(xiàn)的院崇。
在AOM中肆氓，通過壓電換能器在材料中形成布拉格光柵。
技術(shù)比較
對于大多數(shù)應(yīng)用底瓣，EOM和AOM之間的選擇是基于幾個關(guān)鍵的性能和成本考慮谢揪。由于AOM通常是一個成本較低的選擇，除非應(yīng)用方面對EOM的關(guān)鍵優(yōu)勢之一有重大需求捐凭，一般AOM都是不錯的選擇拨扶。與AOM相比，EOM具有更大的孔徑茁肠、更高的功率和脈沖能量兼容性患民、非常高的對比度和快速的上升時間。而AOM則可以提供更高的調(diào)制速度垦梆。
下表中總結(jié)了一些重要的參數(shù)及其典型值匹颤。
速度/上升時間
調(diào)制器的時間性能是由兩個完全不同的參數(shù)定義的:上升時間和調(diào)制頻率仅孩。
上升時間指的是設(shè)備從關(guān)閉狀態(tài)到打開狀態(tài)所需的時間。通常慣例是規(guī)定上升時間從開啟條件的10%到90%惋嚎。EOM本質(zhì)上是快速的杠氢，上升時間僅1 ns。只要施加電場另伍，裝置的狀態(tài)就會改變鼻百。AOM的上升時間通常較慢。這是因為換能器開始振動和聲波完全穿過晶體需要時間摆尝。因此温艇，上升時間與孔徑大小有關(guān)；范圍從10-20 ns (亞毫米口徑) 到100 ns (大于2毫米口徑)堕汞。
調(diào)制器上升時間和調(diào)制周期的定義
調(diào)制頻率
另一個參數(shù)是調(diào)制速度或調(diào)制頻率——可以重復(fù)多快的開/關(guān)切換勺爱。在模擬和數(shù)字模式下，AOM可以輕松地以高達數(shù)十兆赫茲的速率操作讯检。然而琐鲁，EOM的調(diào)制速度通常較慢，并且常常受驅(qū)動器速度的限制人灼。具體來說围段，這是因為需要相當大的電壓（千伏）來產(chǎn)生90°的偏振旋轉(zhuǎn)。由于這種高電壓的快速切換是很困難的投放，電光器件的應(yīng)用基本上是以相反的方式操作的——將高壓降至接地電壓奈泪，以獲得較快的上升時間。
如今灸芳，G&H公司的EOM驅(qū)動器使用高速數(shù)字控制器和精確匹配的模擬阻抗涝桅，以實現(xiàn)在兩種操作模式下的快速操作。大多數(shù)的EOM操作頻率高達幾十千赫茲烙样。Chiron系列產(chǎn)品經(jīng)過優(yōu)化冯遂，可以在降低的電壓下工作，因此可以達到1 MHz谒获。
孔徑/光束大小
調(diào)制器的孔徑代表了它所能容納的較大光束直徑债蜜。通常，G&H建議使用調(diào)制器的孔徑大小是激光光束直徑(1/e2)的三倍究反，代表了1%功率的點，以避免剪切光束儒洛。
大多數(shù)商用可見光激光器的輸出光束直徑為2mm精耐，腔內(nèi)的光束束腰可以更小。因此琅锻，大多數(shù)G&H AOM的孔徑為2.5 mm卦停。這使得它們能夠支持短上升時間和高調(diào)制頻率向胡。G&H還提供用于光纖耦合更小孔徑的AOM，以及用于紅外激光器（如CO2）更大孔徑的設(shè)備惊完，這些激光器通常有更大的光斑直徑僵芹，經(jīng)常可以承受更慢的上升時間小槐。
相比之下拇派，EOM可以有更大的孔徑，標準型號的直徑范圍包括從2.5mm至100mm甚至更大凿跳。直徑越大的EOM成本越高件豌，但孔徑大小的增加對上升時間沒有顯著影響。使用基于KD*P的TX系列EOM控嗜，G&H甚至可以提供高達100mm的孔徑茧彤。這些可以用于太瓦和拍瓦級激光器的Q開關(guān)。
成本
AOM通常比EOM成本低疆栏。有幾個因素促成了這一點曾掂。首先，EOM通常使用比AOM（石英）本身更昂貴的材料（如BBO）壁顶。隨著孔徑的增大珠洗，成本差異會更明顯。由于轉(zhuǎn)換高電壓的挑戰(zhàn)博助，EOM驅(qū)動電路的成本也比AOM驅(qū)動電路高险污。因此，為了將EOM的總成本降到較低富岳，仔細匹配EOM孔徑非常重要蛔糯。這就是G&H提供標準和定制EOM的孔徑大小廣泛的主要原因。
插入損耗/傳輸效率
EOM有著較低的損耗窖式，這主要是晶體內(nèi)部吸收造成的蚁飒。EOM通常可以提供>98%的傳輸效率萝喘，定制設(shè)備的傳輸效率甚至更高淮逻。
由于衍射過程本身的效率有限，AOM的整體透射率較低阁簸。當使用①級衍射光束時爬早，插入損耗需要考慮光透射率以及衍射效率。傳輸?shù)舰偌壯苌涔饪梢赃_到輸入光強的90%启妹。當使用無衍射(零級衍射光)光束時筛严，透射率可超過95%。
對比度/消光
對比度或消光的定義是開放和封閉狀態(tài)之間的透射強度比饶米。在某些應(yīng)用中桨啃，這是非常重要的车胡，但在其他應(yīng)用中，如鎖模照瘾，它就不那么重要了匈棘。EOM通常比AOM能提供更高的對比度。幾種G&H的EOM提供 > 3500:1的消光析命，而對于AOM主卫，①級衍射光的典型值為1000:1。
功率碳却，能量承受/損傷閾值
與AOM相比队秩，EOM通常可以承受更高功率的激光束和更高的脈沖能量昼浦。原因有二馍资。重要的是，EOM具有更大的孔徑关噪。擴大激光束可以降低其功率密度鸟蟹，從而使調(diào)制器具有更高的功率/脈沖能量。
其次是插入損耗和效率使兔，一個AOM需要比EOM消耗更多的能量建钥。對于AOM的高功率應(yīng)用，例如基于CO2激光器的深紫外光刻源虐沥，G&H提供水冷卻熊经。這允許調(diào)制器安全地耗散功率，并增加損傷閾值欲险。
一些實際問題
對于任何調(diào)制應(yīng)用镐依，特別是OEM使用，關(guān)鍵的指標通常是性能和可靠性（即使用周期）天试。不同的因素影響這兩種調(diào)制器的指標槐壳。
對于EOM，光學(xué)晶體的質(zhì)量是至關(guān)重要的喜每，這就是為什么G&H在內(nèi)部生產(chǎn)幾乎所有的EOM材料务唐。這些晶體必須在生長后經(jīng)過挑選，以避免光學(xué)缺陷带兜，如雜質(zhì)等枫笛。從而較大限度地提高光學(xué)均勻性，并且較大限度地降低波前畸變是非常重要的刚照，因為這不僅會影響傳輸光束的光束質(zhì)量(波前)刑巧，還會影響固有對比度，特別是在大孔徑器件中。應(yīng)用到晶體上的防反射(AR)涂層的質(zhì)量對較小化插入損耗很重要海诲。(G&H成功地將有效的AR涂層應(yīng)用到以柔軟著稱的KD*P材料上的公司。)
由于開關(guān)電壓高檩互，EOM晶體也必須進行高電阻率屏蔽特幔。較低的電阻率將導(dǎo)致不希望的電流，晶體過度加熱闸昨，甚至“電弧放電”以及災(zāi)難性的裂紋蚯斯。電源測試和老化也很重要。不僅保證了電源本身的壽命饵较，而且延長了EOM的壽命拍嵌。
G&H（克利夫蘭）的部分加工晶體
對于AOM，晶體/玻璃的光學(xué)質(zhì)量同樣很重要循诉，尤其是透射波前（即光束質(zhì)量）横辆，這就是為什么G&H自己生長大部分的材料，包括TeO2茄猫。對于OEM應(yīng)用狈蚤，這將為高容量帶來一致的質(zhì)量和性能。
主要的非光學(xué)挑戰(zhàn)是換能器與聲光晶體之間的界面划纽，因為強烈的振動必須通過這個界面?zhèn)鬟f脆侮，以及由此產(chǎn)生的熱量。毫不奇怪勇劣，這個關(guān)鍵界面的分層往往是早期AOM失效的主要因素靖避。因此，G&H完全避免使用通常壽命有限的粘合劑和其他粘合劑比默。相反幻捏，G&H采用專有的共價鍵合工藝，使驅(qū)動器和晶體直接鍵合退敦。這種獨特的方法是G&H AOM長使用壽命和寬(RF)帶寬的關(guān)鍵粘咖。
典型運用
AOM
鍺材料的AOM
?高重頻超快激光器的腔內(nèi)Q開關(guān)。
?用于微米材料和半導(dǎo)體材料的加工侈百、切割瓮下、焊接和標記。這種材料加工系統(tǒng)依賴于AOM的快速調(diào)制钝域。
?半導(dǎo)體檢測也需要高速調(diào)制讽坏。優(yōu)越的紫外線性能和光束質(zhì)量是G&H AOM的重要因素。
?超快激光系統(tǒng)中的脈沖拾取需要MHz的速度例证。用于此應(yīng)用的器件被優(yōu)化路呜，擁有快速上升時間和低色散，以較大限度地減少脈沖展寬。
?AOM的醫(yī)療應(yīng)用從成像到治療胀葱。除了速度漠秋，其他關(guān)鍵因素還包括功率承受和可靠性。
?AOM也利用衍射光束的RF移頻用于數(shù)據(jù)處理應(yīng)用抵屿。電效率和低功耗是G&H AOM的一個關(guān)鍵優(yōu)勢庆锦。
?在共聚焦顯微鏡和其他圖像應(yīng)用中用作快速偏轉(zhuǎn)器。
使用聲光器件的共聚焦顯微系統(tǒng)
英國Gooch＆Housego（簡稱”G&H”轧葛、古奇）是一家光電科技公司搂抒，總部位于英國Ilminster Somerset，業(yè)務(wù)遍及美國和歐洲尿扯，該公司研究求晶、設(shè)計、制造光學(xué)系統(tǒng)衷笋、組件和儀器芳杏，應(yīng)用于航空航天與國防、工業(yè)右莱、生命科學(xué)和科研部門蚜锨。
G&H工業(yè)激光器Q開關(guān)和AOM制造商，供應(yīng)工業(yè)激光 制造商超過15年慢蜓，例如: Trumpf, IPG Photonics, Rofin亚再，Coherent, Newport, Hans...供應(yīng)單位 >150,000個；
上海昊量光電設(shè)備有限公司作為G&H在國內(nèi)的主要代理商晨抡，從2010年合作至今氛悬，為國內(nèi)客戶提供聲光系列的產(chǎn)品銷售以及技術(shù)支持。
對于聲光調(diào)制器（AOM）與電光調(diào)制器（EOM）有興趣或者任何問題耘柱，都歡迎通過電話如捅、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。
如果您對聲光調(diào)制器（AOM 調(diào)制速度高達70MHz调煎，衍射效率高達90%）與電光調(diào)制器（EOM 40Gbps/40GHz高速調(diào)制器）有興趣镜遣，請訪問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁查看更多聲光調(diào)制器（AOM）與電光調(diào)制器（EOM）系列產(chǎn)品：
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http://www.wjjzl.com/details-526.html
EOM
基于KD*P的EO普克爾盒
?高脈沖能量研究激光系統(tǒng)中的Q開關(guān)——高達太瓦甚至拍瓦級別。
?軍事激光器中的Q開關(guān)(例如士袄，用于測距)悲关，可靠性是一個重要的考慮因素。
? 紫翠寶石激光器中的Q開關(guān)娄柳，包括用于醫(yī)療用途寓辱，如去除紋身。
?使用多個波長的顯微鏡成像應(yīng)用赤拒，因為EOM可使光束完全關(guān)閉秫筏。
使用電光調(diào)制器诱鞠，或基于普克爾盒的激光調(diào)制用于去除紋身
更多詳情請聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電
關(guān)于昊量光電：
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