音響光学変調器の物理的原理

物理原理音響光学変調器
音響光学変調器（AOM変調器）は現在、レーザー共振器外で最も広く使用されている受動変調デバイスです。その基本的な動作原理は次のとおりです。外部の低周波RF電気信号が圧電トランスデューサに入力されると、トランスデューサは交流電気エネルギーを高周波超音波に変換します。超音波は音響光学結晶内で周期的に伝搬し、密度が交互に変化する動的な屈折率格子を形成します。入射レーザーがこの格子を通過すると、ブラッグ回折が発生します。このデバイスは、回折光と透過光を切り替えることでビーム強度を変調し、最終的に連続入射レーザーを制御可能なタイミングを持つパルスレーザーのシーケンスに分割します。

物理的基礎音響光学変調圧電効果とブラッグ音響光学回折という2つの主要な物理法則が含まれる。
1. 圧電トランスデューサの圧電変換：トランスデューサは圧電セラミックチップで構成され、外部RFドライバによって駆動され、交流RF電気信号を出力します。交流電界の作用により、圧電材料は周期的な機械的膨張と収縮を起こし、電気振動を1:1で同じ周波数の超音波振動に変換します。超音波は結晶内部に沿って方向性を持って伝搬し、二酸化テルル、溶融石英、リン化ガリウムなどの音響光学媒体に周期的な圧縮と伸張の密な層を形成します。媒体の密度変化は、局所的な屈折率の周期的な変動を直接引き起こし、これは超音波と同期して動く動的位相格子に相当します。格子の周期は超音波の波長と厳密に等しくなります。
2. ブラッグ回折光学法則：入射レーザーが特定のブラッグ角で動的回折格子に入射すると、ブラッグ干渉条件を満たす入射光は方向性回折を受け、一次回折光と零次透過光に分けられます。RF電源がオンで超音波が存在する場合、ほとんどの光線は回折偏向を受け、光路には有効な出力がありません。RF電源が遮断され、超音波が消失すると、屈折率回折格子は瞬時に消滅し、レーザーは元の方向に直接出力されます。RF信号のオン/オフと振幅の変化を利用することで、回折効率を精密に制御でき、出力光強度を完全オフから完全オンまで連続的に調整し、レーザー強度変調を実現できます。回折動作モードに応じて、音響光学回折はブラッグ回折とラマン散乱回折に分類できます。音響光学変調器ブラッグ配置を使用し、回折効率は85%以上、迷光が少なく、消光比が優れています。ラマンNAS回折は主に低周波、低出力の科学研究実験で使用され、回折ビームは多段階散乱するため、産業用途ではほとんど使用されません。