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       聲光Q開關(guān)工作在激光腔內(nèi)，通過主動控制諧振腔的品質(zhì)Q因子(損耗)來產(chǎn)生高強度的脈沖光。是利用聲光效應(yīng)設(shè)計和制作的一種聲光調(diào)制器件。

       各向同性的光學(xué)介質(zhì)在不受聲場作用時，光學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的。但當(dāng)它受到聲波場（如超聲波）作用時其光學(xué)性質(zhì)就要發(fā)生改變。當(dāng)超聲波通過介質(zhì)時，介質(zhì)中各點會出現(xiàn)隨時間和空間發(fā)生周期變化的彈性應(yīng)變，進(jìn)而導(dǎo)致介質(zhì)中產(chǎn)生隨時間和空間呈周期變化的彈光效應(yīng)，如圖1所示，使得介質(zhì)中各點的折射率n也會產(chǎn)生響應(yīng)的周期變化。

圖1 超聲波在介質(zhì)中的傳播示意圖

       因此，當(dāng)光通過有超聲波作用的介質(zhì)時，相位就要受到調(diào)制，如同光通過一個衍射光柵，光柵的間距等于聲波波長λs，光束通過這個光柵時就要發(fā)生衍射，這就是聲光效應(yīng)。由于聲波是運動的，因此介質(zhì)應(yīng)視為以聲速運動的聲光柵，由于聲速僅為光速的十萬分之一，所以對于入射光斑來說，運動的聲光柵可以認(rèn)為是靜止的，其光柵方程為

       聲光柵的光柵常數(shù)等于聲波的波長λs，θ和θi分別為入射光和衍射光與光柵平面的夾角，m是衍射級次，是光波波長。

       依據(jù)超聲波頻率的高低與聲波和光波作用長度的不同，聲光衍射現(xiàn)象可以分為拉曼-納斯（Raman-Nath）衍射和布拉格（Bragg）衍射。

       拉曼-納斯衍射產(chǎn)生于超聲頻率較低且聲光相互作用長度較短的情況。光束通過聲光介質(zhì)只發(fā)生折射和少量的反射，仍可將出射光波看成是平面波；但聲波通過聲光介質(zhì)時，根據(jù)聲光效應(yīng)原理，聲光介質(zhì)如同一塊聲光柵，由于聲光相互作用長度較短，認(rèn)為聲子和光子只作用一次，因此可以將聲光介質(zhì)看做平面光柵，光通過時產(chǎn)生多級衍射，如圖2所示，由衍射原理可知，各級衍射波最大值方向滿足條件

       在入射光兩側(cè)出現(xiàn)與m=0,±1,±2,......相關(guān)的一些衍射極大值。

圖2 拉曼-納斯衍射

       可以看出衍射效率與超聲場的作用有關(guān)，納曼-納斯衍射聲光作用長度L很小，衍射效率較低。

       當(dāng)聲光作用長度L較大、超聲波頻率較高、而且光束與超聲波波面以一定角度入射，光波在介質(zhì)中要穿過幾個聲波面，可以認(rèn)為聲光介質(zhì)具有體光柵的性質(zhì)。根據(jù)體光柵的性質(zhì)，超聲波作用下的聲光介質(zhì)可以看做是間距為聲波波長的一排排反射層，如圖3所示，根據(jù)相鄰波面衍射光的光程差等于光波波長整數(shù)倍的條件和光柵方程。

圖3 布拉格衍射

       其中Ιi為入射光強，δ為零級與一級衍射光之間的相位延遲，即光波通過超聲場所產(chǎn)生的附加相位差。當(dāng)δ=π時，I1=Ii，入射光的全部光能由于布拉格衍射全部轉(zhuǎn)移到1級衍射上，這是比較理想的情況，此時，布拉格衍射效率可以達(dá)到100%。

       聲光Q開關(guān)是利用聲光效應(yīng)以控制光腔損耗的Q開關(guān)技術(shù)。其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由驅(qū)動電源、換能器、聲光介質(zhì)、吸聲材料組成，另外還包括圖中未顯示的冷卻單元。驅(qū)動電源工作時，產(chǎn)生高頻的電信號；該高頻電信號作用在換能器上，換能器將高頻電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的超聲波；超聲波作用于聲光介質(zhì)，使聲光介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化，對入射光起衍射作用。

圖4 聲光Q開關(guān)基本結(jié)構(gòu)示意圖

       如圖5所示，當(dāng)聲光調(diào)制開關(guān)工作時，入射光發(fā)生衍射偏離激光諧振腔，此時諧振腔處于高損耗，Q值下降，激光震蕩不能形成。在泵浦源的作用下，上能級反轉(zhuǎn)粒子數(shù)大量積累，當(dāng)積累到最大值時突然關(guān)掉聲光調(diào)Q開關(guān)，衍射效應(yīng)立即消失, 腔內(nèi)Q 值猛增, 激光振蕩迅速恢復(fù), 在極短的時間內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)被消耗，轉(zhuǎn)換為腔內(nèi)激光能量，從諧振腔輸出端輸出，獲得脈沖極短，峰值功率很高的激光。

圖5 聲光Q開關(guān)工作原理示意圖

       聯(lián)合光科推出了工作波長是1064nm，射頻信號頻率是27MHz、41 MHz、80 MHz的聲光Q開關(guān)及聲光Q開關(guān)驅(qū)動器。該系列聲光Q開關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、激光損傷閾值高、衍射效率高，與聲光Q開關(guān)驅(qū)動器搭配使用可以應(yīng)用到各種激光設(shè)備上對激光進(jìn)行調(diào)制的領(lǐng)域，如，激光打標(biāo)、激光切割、激光打孔等各類激光加工領(lǐng)域，以及教育科研、生命科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。

       工作頻率27MHz聲光Q開關(guān)具有光衍射損耗與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的優(yōu)點；工作頻率為41 MHz、80 MHz的聲光Q開關(guān)無需持續(xù)水冷卻，且較小的驅(qū)動功率獲取了較大的衍射損耗。