聲光偏轉(zhuǎn)器及其應(yīng)用(三)

福晶科技與聲光偏轉(zhuǎn)器

在《聲光偏轉(zhuǎn)器及其應(yīng)用連載二：聲光偏轉(zhuǎn)器的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用》一文中，我們了解到聲光偏轉(zhuǎn)器廣泛應(yīng)用于頻譜分析、光束控制、圖像掃描和顯微成像等諸多領(lǐng)域。在面對(duì)不同的應(yīng)用和需求時(shí)，我們需要不同類(lèi)型和性能參數(shù)的聲光偏轉(zhuǎn)器來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。

聲光偏轉(zhuǎn)器類(lèi)型

1正常聲光偏轉(zhuǎn)器與反常聲光偏轉(zhuǎn)器

按入射光與衍射光的偏振特性對(duì)布拉格衍射進(jìn)行區(qū)分，可分為正常布拉格衍射與反常布拉格衍射兩類(lèi)，所以偏轉(zhuǎn)器也可以分為正常聲光偏轉(zhuǎn)器與反常聲光偏轉(zhuǎn)器兩類(lèi)。

正常聲光偏轉(zhuǎn)器衍射光與入射光偏振狀態(tài)相同，因而折射率也相同，入射光是o光，則衍射光也是o光，正常聲光效應(yīng)一般由超聲縱波引起;反常聲光偏轉(zhuǎn)器中衍射光偏振方向與入射光不同，折射率也不同，入射光是o光，則衍射光為e光，反常聲光效應(yīng)一般由切邊波引起，而利用TeO2晶體中的慢切變波實(shí)現(xiàn)反常聲光衍射是目前性能最好的聲光偏轉(zhuǎn)器之一[1]。

沿TeO2[110]方向傳播的慢切變波聲速只有616m/s，是一般晶體中聲速的1/5到1/10，這樣小的聲速也給反常聲光偏轉(zhuǎn)器的性能帶來(lái)了很多優(yōu)勢(shì)：

第一，聲光器件特征長(zhǎng)度與聲波長(zhǎng)平方成正比，同聲波頻率下即與聲速成正比，特征長(zhǎng)度將會(huì)伴隨聲速的變化而減小至原來(lái)的數(shù)十倍，器件尺寸可以做的極小，卻很容易進(jìn)入布拉格衍射區(qū);

第二，聲光優(yōu)值與聲速三次方成反比，聲速縮小5-10倍，聲光優(yōu)值M2將擴(kuò)大數(shù)百倍，反常聲光器件可以使用極小的驅(qū)動(dòng)功率獲得很大的衍射效率;

第三，掃描角和掃描速率與聲速成反比，也會(huì)增大5-10倍，這對(duì)于大面積掃描來(lái)說(shuō)有極大的優(yōu)勢(shì)。

2單片結(jié)構(gòu)聲光偏轉(zhuǎn)器與超聲跟蹤聲光偏轉(zhuǎn)器

聲光偏轉(zhuǎn)器按換能器片數(shù)的多少可以分為單片結(jié)構(gòu)與多片結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)，單片結(jié)構(gòu)中換能片產(chǎn)生的超聲波傳播方向固定不變，稱(chēng)為非超聲跟蹤偏轉(zhuǎn)器;多片結(jié)構(gòu)中各換能片產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行干涉疊加，使得合成的超聲波傳播方向能隨聲頻率而變化，稱(chēng)為超聲跟蹤偏轉(zhuǎn)器[2]。

如圖3.1(a)所示，在單片結(jié)構(gòu)的聲光偏轉(zhuǎn)器中，換能器激發(fā)的超聲主方向a是固定的，并且沿?fù)Q能器晶面法線方向，這說(shuō)明此時(shí)的工作頻帶范圍，并不能保證a與滿足動(dòng)量匹配條件的聲波矢量方向b始終保持一致，只能在某一特定頻率處聲方向一致，超聲利用率比較低，也會(huì)造成在換能器尺寸選擇上進(jìn)入布拉格衍射區(qū)與布拉帶寬相矛盾。

為了克服單片式的缺點(diǎn)，使得超聲主方向a能隨頻率變化，自動(dòng)跟蹤起作用的超聲b方向，將換能器分為多片，使a由多個(gè)換能片激發(fā)超聲波相干疊加，就像衍射光柵中主極大譜線的方向隨光波長(zhǎng)而變，超聲主方向也隨聲波長(zhǎng)，即聲頻率而變化;可用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，通過(guò)不同的連接方式實(shí)現(xiàn)相鄰兩換能片間不同的位相差。如圖3.1(b)所示，這樣設(shè)計(jì)不僅能保證倍頻程帶寬條件，還可以大大調(diào)高換能器長(zhǎng)度[3-4]。

圖3.1 (a)單片式聲光偏轉(zhuǎn)器

圖3.1(b)多片式超聲跟蹤偏轉(zhuǎn)器

福晶科技與聲光偏轉(zhuǎn)器

聲光偏轉(zhuǎn)器的研制涉及電、聲、光等多學(xué)科內(nèi)容，是一類(lèi)復(fù)雜的光學(xué)功能元器件。福晶科技通過(guò)多年的研究及積累，已建立起涵蓋聲光偏轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、性能仿真、晶體生長(zhǎng)，精密加工、器件封裝以及質(zhì)量控制的完善體系。

1福晶科技的聲光偏轉(zhuǎn)器使用自主生長(zhǎng)的TeO2和LiNbO3晶體分別作為聲光介質(zhì)和壓電換能器。通過(guò)先進(jìn)的晶體生長(zhǎng)和拋光加工工藝保證了聲光介質(zhì)和換能器的高光學(xué)、電學(xué)品質(zhì)，使其偏轉(zhuǎn)器具有低插入損耗、高損傷閾值，以及高的全掃描角范圍內(nèi)衍射效率和功率一致性的優(yōu)勢(shì)。

2福晶科技基于三十多年深厚的光學(xué)加工積累，在高損傷鍍膜和高質(zhì)量壓焊等重點(diǎn)工藝上形成了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，保障了聲光偏轉(zhuǎn)器的優(yōu)越性能;通過(guò)不斷打磨高效的生產(chǎn)流程、精確的品質(zhì)控制，確保了在批量生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品優(yōu)異的一致性，所制作的一維、二維及雙射頻聲光偏轉(zhuǎn)器產(chǎn)品性能優(yōu)異、可靠性高。

3通過(guò)豐富的研究及技術(shù)迭代，福晶科技不僅能夠提供多品類(lèi)常規(guī)聲光偏轉(zhuǎn)器件，同時(shí)也具備特殊聲光偏轉(zhuǎn)器件的設(shè)計(jì)和加工能力。福晶科技的器件研發(fā)團(tuán)隊(duì)在大帶寬實(shí)現(xiàn)、反常器件設(shè)計(jì)和超聲跟蹤問(wèn)題上有豐富的經(jīng)驗(yàn)，在推進(jìn)高衍射效率、大偏轉(zhuǎn)角以及大孔徑聲光偏轉(zhuǎn)器件的研發(fā)上，不斷取得突破，同時(shí)建立了該系列產(chǎn)品更加完善的應(yīng)用模型。

聲光器件具有體積小、重量輕、調(diào)制深度大、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等諸多特點(diǎn)。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用創(chuàng)新的持續(xù)開(kāi)發(fā)，聲光器件在光場(chǎng)調(diào)控方面的能力將進(jìn)一步被挖掘。

未來(lái)，福晶仍將致力于向市場(chǎng)推出性能更好的聲光器件，與客戶分享更多聲光技術(shù)的研發(fā)成果，共同推進(jìn)激光應(yīng)用技術(shù)的迭代，讓激光實(shí)現(xiàn)更多可能。

審核編輯：湯梓紅