【基本】音響光学素子(AOM)

音響光学素子(AOM : Acousto Optics Modulator)は、レーザービームの位置や強度変調を行うための電子デバイスです。電気的に制御が可能であり高速に動作するというメリットがあります。デジタル制御で光のOn/Off、アナログ信号で角度の変化をつけるという使い方もあります。

原理的には、次のようになります。結晶内でレーザーと音響波が存在するとき、音響光学効果が発生します。音響波が入った結晶は、正弦波グレーティングのように屈折率分布が発生します。レーザーがここに入ると回折が起こり、各オーダーの光に分けられます。ここで、適切な設計をすると、強度な1次回折光を取り出すことができます。多くの場合は、この1次回折光を利用します。

偏向角度(0次光と1次光の角度)は、光の波長と周波数に比例して内部の音響波の速度に反比例します。

また、音響光学素子を透過した光の波長は、音響周波数と同じだけシフトします。

実際の音響光学素子は、アンプやコネクタがパッケージ化されて販売されているものが多いようです。対応できる波長は、紫外から赤外まで幅広く、波長によって仕様が異なります。

結晶として、紫外用は溶融石英、二酸化テルル、可視広域では、フリントガラス、水晶、モリブデン亜鉛、二酸化テルル、近赤外では、二酸化テルル、フリントガラス、カルコゲナイトガラス、赤外では、ゲルマニウム、ガリウムリンなどが使われるようです。また、各波長に合わせた適切なARコーティングもなされています。

音響波を発生させる周波数帯域としては、数十~数百MHz程度が多いです。ドライバの性能にもよりますので、選択には注意が必要です。

このように、高速なスイッチングが可能で、小型で扱いやすいAOMは、様々なビームハンドリングの応用に利用されています。

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