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,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。
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,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
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原文標(biāo)題:福晶小課堂 | 聲光偏轉(zhuǎn)器及其應(yīng)用(三):福晶科技與聲光偏轉(zhuǎn)器【連載】
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