声光偏转器是一种基于声光效应的高精度激光束控制器件,通过调节施加在晶体上的射频信号频率,实现对出射光束角度的快速、精确控制。该技术结合了声学波的传播特性与光波的衍射行为,广泛应用于激光扫描、成像、微加工等领域。本文将从工作原理、关键性能参数、典型器件特性及系统集成等方面,对声光偏转器进行系统介绍。
声光偏转器的核心是声光晶体(如TeO₂、石英、蓝宝石等),当射频信号作用于贴附于晶体表面的压电换能器时,会激发超声波在晶体内部传播,形成周期性的折射率光栅。入射激光通过该光栅时发生布拉格衍射,其一级衍射光的方向随声波频率的变化而偏转,从而实现光束的扫描或定向。
波长范围:现代声光偏转器可覆盖从深紫外(266 nm)至中红外(10.6 µm)的广泛谱段,满足不同激光系统的需求。
扫描角度与分辨率:扫描角度通常为数毫弧度至数十毫弧度,如AODF 4170-UV在355 nm下扫描角为4.95 mrad。可分辨点数(分辨率)由存取时间与射频带宽共同决定。
射频带宽与中心频率:射频带宽直接影响可寻址点数,例如AODF 4170-UV具有80 MHz带宽,适用于高速扫描系统。中心频率则影响器件尺寸与驱动设计。
衍射效率与均匀性:衍射效率指衍射光与入射光强之比,典型值在70%–90%之间。扫描平坦度(bandwidth flatness)是衡量偏转效率均匀性的关键指标,影响扫描过程中的光强稳定性。
有效孔径:孔径尺寸决定通光能力,常见孔径从2 mm至15 mm不等,如AODF 4090-7具备8.5 mm孔径,适用于高功率或大光斑系统。
声光偏转器的性能高度依赖于射频驱动器的匹配性。常见的驱动器如6000系列提供双通道15 W输出,支持多频段(20–450 MHz),具备快速并行接口与USB控制能力,适用于多通道扫描与相位同步控制。
例如,在二维扫描系统中,可将两个偏转器级联使用,配合6000驱动器的双通道输出,实现X-Y平面内的快速光束定位。此外,驱动器支持频率、幅度与相位的实时调制,适用于任意波形生成与多光束输出。
声光偏转器作为一种固态、无机械运动的光束控制器件,具备高速、高精度与高可靠性的优势。随着紫外与红外激光技术的发展,其应用场景正不断扩展。未来,声光偏转器将继续朝着更宽带宽、更大孔径、更高功率耐受性与更紧凑集成的方向发展,为先进制造与光子学系统提供核心光束操控能力。
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