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“光随我动,随心操控”——激光调制器

“光随我动,随心操控”——激光调制器

2020-09-29 21:47
 

自1960年,西奥多·梅曼宣布世界上第一台激光器诞生以来,人们对激光的追求和探索就从未止步。如今的激光早已化作“最快的刀”、“最准的尺”和“最亮的光”,影响着人们生活的方方面面,正如此刻您拿着手机阅读这篇文章,手机背面的logo便是激光打标的杰作,而手机外壳面板直至内部构造就有激光切割、打孔、焊接等精密加工的身影,甚至你正在使用的无线网络,背后也有激光光纤传输的功劳...

   简而言之,激光可以理解为一种颜色纯度高、亮度高、方向性好、相干性强的光,但想要让激光效力人类,单靠产生一束激光是远远不够的,还需要调控激光的各种属性,就好比小说中的绝世宝剑,也要配上绝世高手才能发挥它最大的威力,这便需要今天隆重出场的这位大侠——激光调制器。

 

 

 
 

何谓激光调制器?

 

 

通俗的讲,激光调制器就是一类控制激光的元器件,它既不像晶体、镜片等元件那样基础,也不像激光器、激光设备那样高度集成,是一种集成化程度较高,种类和功能多样的器件类产品。在不熟悉该领域的人看来,激光调制器可能是

 

这样

 

 
 

 

这样

 

 

甚至是这样

 

 

但现实中的激光调制器是这样

 

 

这样

 

 

或这样的

 

 

 

 

 

激光调制器的种类有哪些?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

既然激光调制器可以控制激光,那它又是如何控制的呢?我们以沿Z轴正向传播的一维平面波为例:

从光波的复数表达式中可知,影响光波的因子有强度A(r)、相位Φ(r)、频率ω和传播方向四个方面,通过控制这些因子便可以改变光波的状态,对应的激光调制器就是强度调制器、相位调制器、移频器和偏转器。

 

 

强度调制器

用于调制激光的强度或振幅,其中以光衰减器、光闸最具代表性,还有如分时分能器、功率稳定器、噪声衰减器等集成化器件、设备;

 

相位调制器

用于控制光束的相位,相位增大称为滞后,相位减小称为超前。相位调制器的种类繁多,工作原理也大相径庭,如光弹调制器、LN高速电光相位调制器、液晶可变相位延迟片等都是基于不同工作原理而制成的相位调制器;

 

移频器

用于改变光波的频率,被广泛应用在高端激光系统或测绘设备中,以声光移频器为典型代表;

 

偏转器

用于改变光束传播方向,常规振镜系统就是其中一种,此外还有速度更快的mems振镜、电光偏转器和声光偏转器等。

 

 

 

看到这里,想必大家对激光调制器已经有了一个大致的概念,即能够动态地控制、改变激光某些物理属性的元器件。概括虽短,但想要完整地介绍激光调制器的具体产品,仅靠一篇小文是远远不够的,那么,咱们先重点来聊聊强度调制器。

 

 

强度调制器

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

作为一种被广泛应用于各类光学系统中的调制器,其种类之多样,性能之不同可谓纷繁复杂,小编今天为各位准备了四类常见的强度调制器方案:机械方案、电光方案、声光方案和液晶方案。

 

 

机械方案

 

 

 

机械式强度调制器是出现最早、应用最广的强度调制器。其原理是通过旋转半波片改变偏振光中s光与p光的比例,并通过检偏器进行分光。从最初的手动调节到如今的高度自动化、高精度,其产品类型及应用发展已十分成熟,福晶科技为客户提供了一系列电动或手动控制以及配套偏振元件等相关产品,以满足不同的使用设计需求:

机械式衰减器(电动)

 

机械式衰减器(手动)

 

 

电光方案

电光强度调制器可以改变偏振光的强度或振幅,原理基于电光晶体的普克尔斯效应。偏振光束通过施加了电场的电光晶体后偏振态发生改变,再通过检偏器进行选择性分光,改变电场强度即可控制出射光的强度,可达到ns量级上升/下降沿。福晶科技凭借多年在电光晶体领域的优势,推出了高速光闸等一系列电光强度调制器,为客户提供成熟的可定制化解决方案。

光闸(光衰减器)

 

 

声光方案

声光调制器也可作为强度调制器使用,通过改变衍射效率,可控制0级光与1级光的功率,达到调节光强度的目的。声光光闸(光衰减器)具有调制速度快、损伤阈值高等特点。福晶科技能够提供损伤阈值超过1GW/cm2和低散射的声光强度调制器,并可根据客户要求的调制速度、波长、光束直径、消光比等指标,为客户提供最佳的方案设计。

光闸(光衰减器)

 

 

液晶方案

液晶器件常被作为可变波片或可调谐滤波器使用,通过在施加了驱动电压的液晶盒两端加入精密偏振元件,可将其制成液晶快门或可变衰减器,产品具有通光孔径大、可靠性高等特点。

液晶快门(可变衰减器)

 

 

激光调制器的加工与检测

 

介绍了激光调制器的种类之后,咱们再来聊聊这些调制器是如何生产与检测的。优质的激光调制器离不开先进的光学材料加工技术,福晶科技凭借三十多年在晶体光学领域的不断探索与积淀,拥有了从晶体生长、光学冷加工到膜层镀制以及器件装配的完整全生产链条,真正实现了产品的国产化,做到技术工艺的成熟稳定和高效量产。

 
 
 
 
 
 
 

晶体生长

 

离子束加工

 
 
 
 
 
 
 
 

镀膜中心

 

器件装配

 

如果说加工决定了产品性能,那品控决定了产品质量。福晶科技已建立起了ISO9001和ITAF16949双质量管理体系,从原材料阶段的严控把关,到元件的表面质量、损伤阈值,器件的光束质量、循环老化等项目的层层严格检测后,最终为客户提供性能稳定的优质产品。

 
 
 
 
 
 
 
弱吸收仪
 
激光损伤阈值测试
 
 
 
 
 
 
 
 
M²测试
 
老化测试
 

 

完待续...

 

上文所述仅是庞大激光调制器家族成员中的冰山一角,仍有相位调制器、移频器、偏转器等重要的器件尚未介绍,奈何篇幅有限,想要更深入地了解激光调制器,且听下回分解!

 

 
 
 

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