聲光可調諧濾光器是一個色散元件，它輸出的光波長與輸入頻率有關。改變輸入電信號的頻率，就可以從輸入寬譜光中選擇不同波長的輸出光。對濾光器的入射光發散角和聲束髮散角的選擇，正好與偏轉器中二者的選擇相反。
基本介紹
- 中文名：聲光可調諧濾光器
- 類型：一種色散元件
- 用途：用於分析圖像的光譜成分
聲光可調諧濾光器的工作原理,聲光可調諧濾光器的特性,聲光可調諧濾光器的套用,
聲光可調諧濾光器的工作原理
由於聲光效應，介質中傳播的超音波引起了介質折射率的周期性變化，從而對入射光進行空間調製。其中橫向空間調製分量把入射光束按照聲波的頻譜偏轉為一定的角分布，而縱向空間調製分量對入射光進行光譜調製。對一個固定的輸入電信號頻率即相應於一個固定的聲頻，在足夠的聲光互作用長度內能近似地滿足動量匹配條件時，只有光頻的一個有限的頻帶能被衍射。光頻的這個頻帶，稱為光學通帶，光學通帶中心對應於被衍射的光頻，或者說對應於被衍射的光波長。改變輸入電信號的頻率時，光學通帶的中心相應地改變，即衍射光的波長隨輸入信號頻率的改變而改變，這就是聲光可調諧濾光器的原理。圖1-1給出了聲光可調諧濾光器工作的示意圖。
圖1-1 聲光可調諧濾光器工作示意圖
圖1-2 共線和非共線聲光互作用的波矢量圖
實用的聲光可調諧濾光器都採用各向異性介質中的布拉格衍射進行工作，如果在聲光互作用平面內，衍射光與入射光和聲波共線傳播，工作在這種衍射狀態的聲光器件，稱為共線型聲光可調諧濾光器；衍射光與入射光和聲波非共線傳播的部件，稱為非共線型聲光可調諧濾光器。圖1-2給出了可共線聲光互作用的波矢量圖（左）和非共線聲光互作用的波矢量圖（右）。
聲光可調諧濾光器的特性
聲光可調諧濾光器是一個色散元件，它輸出的光波長與輸入頻率有關。改變輸入電信號的頻率，就可以從輸入寬譜光中選擇不同波長的輸出光。對濾光器的入射光發散角和聲束髮散角的選擇，正好與偏轉器中二者的選擇相反。由於濾光器使用自發輻射的寬譜光作光源，入射光的發散角將很大，而聲束髮散角將遠小於光束髮散角，使得聲波矢量可以在光束髮散角內找到滿足布拉格條件的光波矢與之衍射，從而得到相應波長的輸出光。
光譜分辨力是聲光可調諧濾光器的重要特性參量。濾光器的光譜解析度定義為衍射光波長與它的通帶之比。衍射光波通常是指衍射波長回響的中心值。當中心波長處的衍射強度下降3
時對應的波長範圍稱為光學通帶，即衍射譜線半峰值處的全寬度。顯然，壓縮光學通帶有利於提高光譜解析度，但是壓縮光學通帶受到一定的限制：即換能器的長度的限制，因而總存在一定的聲束髮散角，這就導致一定的衍射頻寬，聲光可調諧濾光器為獲得高的波長選擇性和低的角度選擇性，通常都採用反常布拉格衍射結構。在互作用平面內的共線聲光互作用的可調諧濾光器具有高的光譜解析度和大的角孔徑。這是因為在共線條件下換能器的長度不受光孔徑的限制，可以取得很大，入射光波矢與衍射光波矢滿足切面平行條件。此外，雷射器對短波光的光譜解析度優於對長波光的光譜解析度。
聲光可調諧濾光器的重要特性參量之三是衍射效率。對衍射效率的要求與其他聲光器件是一樣的。適當增加換能器長度可以提高衍射效率；而且對提高光譜解析度也有貢獻，但角孔徑會減小。通常把衍射效率、光孔徑、光譜解析度和受光立體角的乘積定義為聲光可調諧濾光器的效率。聲光可調諧濾光器的調諧關係以聲波頻率與輸出光波長成反比例為特徵，即加低頻聲波時輸出長波光，而加高頻聲波時輸出短波光。
聲光可調諧濾光器的套用
聲光可調諧濾光器其套用範圍日益廣泛，與一般色散元件相比，它具有以下特點：可以用極高的速度進行電調諧，從輸出一種光譜成分到另一種成分所需的切換時間一般只有幾個微秒，因而可以用極高的速度完成光信號的光譜成分分析工作；聲光可調諧濾光器可工作於順序、隨機和多頻運用方式。在隨機掃描方式中，可連續地依次輸出圖像的各種光譜成分。而在多頻套用中，由於同時加上幾個頻率的超聲，因而將有幾種光譜成分被同時輸出；具有相當大的角孔徑，大角度孔徑特性在光譜儀套用中極為重要。集光能力強，衍射效率高，可直接分析微弱圖像信號的光譜成分。聲光可調諧濾光器的缺點是光譜解析度一般只能達到中等水平，對於許多套用來說，這樣的解析度已足夠了。
與衍射光柵這類波長色散器件相比，可調諧聲光濾光器具有色散更大這一優點，這些特點使可調諧聲光濾光器計算機控制光譜儀、射線探測儀中的套用特別具有吸引力。如套用於現場探測試驗火箭發動機的光譜信息。與機械光柵相比，可調諧聲光濾光器的數據獲取速度可得到顯著提高。可調諧聲光濾光器另一重要的潛在套用是作紅外感測器系統焦平面上的背景抵制濾光器。
