導入
音響光学変調器( AOM ) は、ブラッグ セルとも呼ばれ、音響光学効果を利用して回折し、音波 (通常は無線周波数に近い) を通じて光の周波数を変更します。これは、Q スイッチングのためのレーザー、信号変調を実行するための電気通信、および周波数制御のための分光法で使用されます。圧電発振器は、ガラスなどの材料に接続されます。振動する電気信号により圧電セルが振動し、ガラス内に音波が発生します。これは、周期的に移動し、屈折率が変化する膨張面と圧縮面として想像できます。入射光は、結果として生じる周期的な屈折率変調の外側で散乱され (ブリルアン散乱を参照)、ブラッグ回折の際に生じる干渉と同様の干渉が発生します。この相互作用は、フォノンとフォトンの間の 4 つの波の混合と考えることができます。 MAO から出てくる光の特性は、次の 5 つのパラメーターに従って制御できます。
- 1.たわみ
- $$ {\sin\theta = \left (\frac{m\lambda}{2\Lambda} \right)} $$
- m = …-2、-1、0、1、2、… の場合、回折次数です。小さな結晶内で正弦波的に変調された回折は、回折次数m = -1,0,1 になります。中程度の厚さの結晶を通るカスケード回折により、より高い回折次数が生成されます。変調が低い厚い結晶では、対応する次数の周波数のみが回折されます。これはブラッグ回折と呼ばれます。角度偏向は、光線の幅(解像度ポイントの数) の 1 ～ 5000 倍の範囲で変化します。したがって、偏向は通常、ミリラジアンの数十分の 1 に制限されます。
- 2. 強度
- 音波によって回折される光の量は音の強度によって異なります。したがって、音の強度を使用して、回折光の光の強度を変調することができます。通常、次数m = 0 で回折される強度は、入力光の強度の 15 ～ 99% の間で変化します。同様に、次数m = 1 の強度は 0 ～ 80% の間で変化します。
- 3. 頻度
- ブラッグ回折との違いは、移動する平面から光が散乱されることです。これは、m 次の回折光 f の周波数を音波 F の周波数に比例した量で補正する必要があることを意味します (ドップラー効果)。
- $$ {f \rightarrow f + mF} $$
- この周波数の変化は、プロセス中のエネルギーと運動量（光子とフォノンの場合）の保存則によって要求されるため必要です。従来の周波数変更値は 10 MHz から 1.5 GHz の間で変化する可能性があります。一部の MAO では、2 つの音波が材料内を反対方向に進み、定在波を形成します。定在波からの回折では回折光の周波数は変わりません。
- 4.フェーズ
- 回折光線の位相も音波の位相によって変更されます。位相は任意の値で変更可能です。
- 5.偏光
- 同一線上の横音響波または垂直縦波は、偏波を変化させる可能性があります。音波は、ポッケルスセルと同じように、複屈折の位相変化を引き起こします。可変音響光学フィルター、特に可変脈動形状を生成できる「ダズラー」は、この原理に基づいています。
音響光学変調器は、傾斜ミラーなどの機械式変調器よりも高速です。 MAO が出射光線を変更するのにかかる時間は、音波が光線を通過する時間 (通常は 5 ～ 100 ナノ秒) によって制限されます。これは、超高速レーザーでのアクティブ モード ロックを可能にするのに十分な速度です。より高速な制御が必要な場合は、電気光学変調器が使用されます。ただし、高電圧（10 キロボルト程度）で電力を供給する必要があるのに対し、MAO はより大きな偏向範囲を提供し、シンプルな設計で、消費電力もほとんどありません（3 ワット未満）。