レーザー変調器の分類と変調方式

レーザー変調器の分類と変調方式

レーザー変調器制御レーザー部品の一種であり、結晶やレンズなどの部品のように基本的なものではなく、レーザーのように高度に統合されたものでもありません。レーザー機器は、高集積度、種類、機能を備えたデバイスクラスの製品です。光波の複雑な表現から、光波に影響を与える要因は強度A(r)、位相Φ(r)、周波数ω、および伝播方向の4つの側面であることがわかります。これらの要因を制御することで光波の状態を変えることができ、対応するレーザー変調器は強度変調器、位相変調器、周波数シフター、偏向器。

1. 強度変調器：レーザーの強度または振幅を変調するために使用されます。その中では光減衰器、光ゲートが最も代表的なものであり、また時間分割器、電力安定器、ノイズ減衰器などの統合デバイスと機器も含まれます。

2. 位相変調器ビームの位相を制御するために用いられ、位相の増加は遅れ、減少は進みと呼ばれます。位相変調器には多くの種類があり、それぞれ動作原理が大きく異なります。例えば、光弾性変調器、LN高速電気光学位相変調器、液晶可変位相遅延シートなどは、それぞれ異なる動作原理に基づく位相変調器です。

3. 周波数シフター：光波の周波数を変更するために使用され、高級レーザーシステムやマッピング機器で広く使用されており、代表的なものとして音響光学周波数シフターがあります。

4. 偏向器: ビーム伝播方向を変更するために使用されます。従来のガルバノメータ システムはその 1 つであり、さらに高速な MEMS ガルバノメータ、電気光学偏向器、音響光学偏向器もあります。

レーザー変調器、つまりレーザーの物理的特性を動的に制御・変化させることができる部品については、既に一般的な概念は理解していますが、具体的な製品について深く紹介するには、記事だけでは到底足りません。そこで、まずは強度変調器に焦点を当てます。強度変調器は、あらゆる光学システムに広く使用されている変調器の一種であり、その多様性と性能の違いは複雑と言えるでしょう。そこで、本日は、機械式、電気光学式、音響光学式、液晶式という4つの一般的な強度変調器方式をご紹介します。

1. 機械式強度変調器：機械式強度変調器は、最も古く、最も広く使用されている強度変調器です。その原理は、半波長板を回転させることにより、偏光中のS光とP光の比率を変化させ、偏光子によって光を分割することです。初期の手動調整から、今日の高度に自動化され高精度な調整に至るまで、その製品タイプと応用開発は非常に成熟しています。

2. 電気光学方式：電気光学強度変調器は、偏光の強度または振幅を変化させることができます。その原理は、電気光学結晶のポッケルス効果に基づいています。電界を印加した電気光学結晶に偏光ビームを照射すると、偏光状態が変化し、その後、偏光子によって偏光が選択的に分割されます。発光強度は電界強度を変化させることで制御でき、ナノ秒レベルの立ち上がり/立ち下がりエッジを実現できます。

3. 音響光学方式：音響光学変調器は強度変調器としても使用できます。回折効率を変化させることで、0光と1光のパワーを制御し、光強度を調整することができます。音響光学ゲート（光減衰器）は、変調速度が速く、損傷閾値が高いという特徴があります。

4 液晶ソリューション：液晶デバイスは、可変波長板やチューナブルフィルタとしてよく使用されます。液晶ボックスの両端に駆動電圧を印加して精密偏光素子を追加することで、液晶シャッターや可変減衰器にすることができ、製品は光透過率が大きく、信頼性の高い特性を備えています。