当今市面上的激光调制器产品种类繁多。从性能、成本和可靠性方面如何选择一个正确的产品可能会令人望而却步，尤其是对那些不熟悉这些技术的人来说。这篇来自Gooch & Housego的文章中介绍了两种最常见调制器技术，声光调制器（AOM）与电光调制器（EOM）的基本工作原理，相信阅读后可以获得理解产品规格的明确指导，并学会识别适合您特定需求的产品。
调制激光束的最好方法是什么——AOM还是EOM?
快速激光调制的需求
在激光发展的最早期，希望光束强度能够快速变化和调制的应用需求就已存在。对调制应用分类的一种方法是通过系统中调制发生的位置。具体来说，是发生在激光器内（腔内）或者在激光器外光学系统的某处（腔外）。
腔内调制的例子包括Q开关、锁模和腔倒空。调制器打开和关闭光束，以允许存储的增益（功率）快速释放。内部调制的激光输出比外部调制的可以得到更高的峰值功率和更短的脉宽。利用这种方法，可以通过将脉冲宽度限制到几飞秒，使一个平均功率为几瓦的锁模激光器达到接近一太瓦的峰值脉冲功率。
腔外调制本质上是光开关，可以打开和关闭光束，或者改变其强度，但这些不会影响潜在的激光性能。 腔外调制的应用范围很广，从工业材料的加工到共聚焦和多光子显微镜的科研应用，以及眼科手术等医疗应用。调制器也可用于脉冲选择，调制器从快速脉冲流中挑选出单个脉冲或猝发脉冲，随后放大。脉冲选择在科研和工业的超快激光系统中都有应用。
调制技术
早期对激光调制的尝试是基于机械或机电方法，如快门或快速倾斜检流镜，但这些方法对许多应用来说还不够快。因此，两种完全不同的快速调制技术最终被开发出来：这就是电光调制器（EOM）和声光调制器（AOM）。
EOM——通常被称为普克尔盒，它是基于晶体的，晶体会根据外加的电信号旋转输入线偏振光的偏振面。当与晶体输出端固定的线性偏振片组合使用时，将产生对激光光束强度的调制。
有许多晶体支持这种电光效应，包括BBO、KD*P和CdTe，称为普克尔效应。这些可以配置为以各种不同的操作方式；如刚才描述的强度调制器，或可变偏振旋转器。
在EOM中，外加电压使入射光偏转。然后可以用偏光片通过或阻挡光束，从而调制光束的强度。
AOM实际上是一种可变波束偏转装置。它利用压电换能器连接到透明材料的一侧，如各种玻璃、石英、TeO2。当以射频驱动时，压电换能器会在晶体内产生超声波，从而使材料折射率产生移动的周期性变化。这在材料中充当布拉格衍射光栅，使输入到器件的激光束以适当的角度偏转。根据AOM的配置，多达90%的入射功率可以分配到布拉格光栅的一级衍射。调制是通过改变使用的射频信号来实现的。
在AOM中，通过压电换能器在材料中形成布拉格光栅。
技术比较
对于大多数应用，EOM和AOM之间的选择是基于几个关键的性能和成本考虑。由于AOM通常是一个成本较低的选择，除非应用方面对EOM的关键优势之一有重大需求，一般AOM都是首选。与AOM相比，EOM具有更大的孔径、更高的功率和脉冲能量兼容性、非常高的对比度和快速的上升时间。而AOM则可以提供更高的调制速度。
下表中总结了一些最重要的参数及其典型值。
速度/上升时间
调制器的时间性能是由两个完全不同的参数定义的:上升时间和调制频率。
上升时间指的是设备从关闭状态到打开状态所需的时间。通常惯例是规定上升时间从开启条件的10%到90%。EOM本质上是快速的，上升时间仅1 ns。只要施加电场，装置的状态就会改变。AOM的上升时间通常较慢。这是因为换能器开始振动和声波完全穿过晶体需要时间。因此，上升时间与孔径大小有关；范围从10-20 ns (亚毫米口径) 到100 ns (大于2毫米口径)。
调制器上升时间和调制周期的定义
调制频率
另一个参数是调制速度或调制频率——可以重复多快的开/关切换。在模拟和数字模式下，AOM可以轻松地以高达数十兆赫兹的速率操作。然而，EOM的调制速度通常较慢，并且常常受驱动器速度的限制。具体来说，这是因为需要相当大的电压（千伏）来产生90°的偏振旋转。由于这种高电压的快速切换是很困难的，电光器件的应用基本上是以相反的方式操作的——将高压降至接地电压，以获得最快的上升时间。
如今，G&H公司的EOM驱动器使用高速数字控制器和精确匹配的模拟阻抗，以实现在两种操作模式下的快速操作。大多数的EOM操作频率高达几十千赫兹。Chiron系列产品经过优化，可以在降低的电压下工作，因此可以达到1 MHz。
孔径/光束大小
调制器的孔径代表了它所能容纳的最大光束直径。通常，G&H建议使用调制器的孔径大小是激光光束直径(1/e²)的三倍，代表了1%功率的点，以避免剪切光束。
大多数商用可见光激光器的输出光束直径为2mm，腔内的光束束腰可以更小。因此，大多数G&H AOM的孔径为2.5 mm。这使得它们能够支持短上升时间和高调制频率。G&H还提供用于光纤耦合更小孔径的AOM，以及用于红外激光器（如CO2）更大孔径的设备，这些激光器通常有更大的光斑直径，经常可以承受更慢的上升时间。
相比之下，EOM可以有更大的孔径，标准型号的直径范围包括从2.5mm至100mm甚至更大。直径越大的EOM成本越高，但孔径大小的增加对上升时间没有显著影响。使用最新基于KD*P的TX系列EOM，G&H甚至可以提供高达100mm的孔径。这些可以用于太瓦和拍瓦级激光器的Q开关。
成本
AOM通常比EOM成本低。有几个因素促成了这一点。首先，EOM通常使用比AOM（石英）本身更昂贵的材料（如BBO）。随着孔径的增大，成本差异会更明显。由于转换高电压的挑战，EOM驱动电路的成本也比AOM驱动电路高。因此，为了将EOM的总成本降到最低，仔细匹配EOM孔径非常重要。这就是G&H提供标准和定制EOM的孔径大小广泛的主要原因。
插入损耗/传输效率
EOM有着最低的损耗，这主要是晶体内部吸收造成的。EOM通常可以提供>98%的传输效率，定制设备的传输效率甚至更高。
由于衍射过程本身的效率有限，AOM的整体透射率较低。当使用一级衍射光束时，插入损耗需要考虑光透射率以及衍射效率。传输到一级衍射光可以达到输入光强的90%。当使用无衍射(零级衍射光)光束时，透射率可超过95%。
对比度/消光
对比度或消光的定义是开放和封闭状态之间的透射强度比。在某些应用中，这是非常重要的，但在其他应用中，如锁模，它就不那么重要了。EOM通常比AOM能提供更高的对比度。几种G&H的EOM提供 > 3500:1的消光，而对于AOM，一级衍射光的典型值为1000:1。
功率，能量承受/损伤阈值
与AOM相比，EOM通常可以承受更高功率的激光束和更高的脉冲能量。原因有二。最重要的是，EOM具有更大的孔径。扩大激光束可以降低其功率密度，从而使调制器具有更高的功率/脉冲能量。
其次是插入损耗和效率，一个AOM需要比EOM消耗更多的能量。对于AOM的高功率应用，例如基于CO2激光器的深紫外光刻源，G&H提供水冷却。这允许调制器安全地耗散功率，并增加损伤阈值。
一些实际问题
对于任何调制应用，特别是OEM使用，关键的指标通常是性能和可靠性（即使用周期）。不同的因素影响这两种调制器的指标。
对于EOM，光学晶体的质量是至关重要的，这就是为什么G&H在内部生产几乎所有的EOM材料。这些晶体必须在生长后经过挑选，以避免光学缺陷，如杂质等。从而最大限度地提高光学均匀性，并且最大限度地降低波前畸变是非常重要的，因为这不仅会影响传输光束的光束质量(波前)，还会影响固有对比度，特别是在大孔径器件中。应用到晶体上的防反射(AR)涂层的质量对最小化插入损耗很重要。(G&H是第一家成功地将有效的AR涂层应用到以柔软著称的KD*P材料上的公司。)
由于开关电压高，EOM晶体也必须进行高电阻率屏蔽。较低的电阻率将导致不希望的电流，晶体过度加热，甚至“电弧放电”以及灾难性的裂纹。电源测试和老化也很重要。不仅保证了电源本身的寿命，而且延长了EOM的寿命。
G&H（克利夫兰）的部分加工晶体
对于AOM，晶体/玻璃的光学质量同样很重要，尤其是透射波前（即光束质量），这就是为什么G&H自己生长大部分的材料，包括TeO2。对于OEM应用，这将为高容量带来一致的质量和性能。
主要的非光学挑战是换能器与声光晶体之间的界面，因为强烈的振动必须通过这个界面传递，以及由此产生的热量。毫不奇怪，这个关键界面的分层往往是早期AOM失效的主要因素。因此，G&H完全避免使用通常寿命有限的粘合剂和其他粘合剂。相反，G&H采用专有的共价键合工艺，使驱动器和晶体直接键合。这种独特的方法是G&H AOM长使用寿命和宽(RF)带宽的关键。
典型运用
AOM
锗材料的AOM
•高重频超快激光器的腔内Q开关。
•用于微米材料和半导体材料的加工、切割、焊接和标记。这种材料加工系统依赖于AOM的快速调制。
•半导体检测也需要高速调制。优越的紫外线性能和光束质量是G&H AOM的重要因素。
•超快激光系统中的脉冲拾取需要MHz的速度。用于此应用的器件被优化，拥有快速上升时间和低色散，以最大限度地减少脉冲展宽。
•AOM的医疗应用从成像到治疗。除了速度，其他关键因素还包括功率承受和可靠性。
•AOM也利用衍射光束的RF移频用于数据处理应用。电效率和低功耗是G&H AOM的一个关键优势。
•在共聚焦显微镜和其他图像应用中用作快速偏转器。
使用声光器件的共聚焦显微系统
英国Gooch＆Housego（简称”G&H”、古奇）是一家光电科技公司，总部位于英国Ilminster Somerset，业务遍及美国和欧洲。作为该领域的世界领导者，该公司研究、设计、制造先进的光学系统、组件和仪器，应用于航空航天与国防、工业、生命科学和科研部门。世界领先的设计、开发和制造的专业知识提供广泛的补充技术；
G&H是世界领先的工业激光器Q开关和AOM制造商，供应全球工业激光 制造商超过15年，例如: Trumpf, IPG Photonics, Rofin，Coherent, Newport, Hans...供应单位 >150,000个；
上海昊量光电设备有限公司作为G&H在国内的主要代理商，从2010年合作至今，为国内客户提供声光系列的产品销售以及技术支持。
对于声光调制器（AOM）与电光调制器（EOM）有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。
如果您对声光调制器（AOM 调制速度高达70MHz，衍射效率高达90%）与电光调制器（EOM 40Gbps/40GHz高速调制器）有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页查看更多声光调制器（AOM）与电光调制器（EOM）系列产品：
https://www.auniontech.com/details-487.html
https://www.auniontech.com/details-526.html
EOM
基于KD*P的EO普克尔盒
•高脉冲能量研究激光系统中的Q开关——高达太瓦甚至拍瓦级别。
•军事激光器中的Q开关(例如，用于测距)，可靠性是一个重要的考虑因素。
• 紫翠宝石激光器中的Q开关，包括用于医疗用途，如去除纹身。
•使用多个波长的显微镜成像应用，因为EOM可使光束完全关闭。
使用电光调制器，或基于普克尔盒的激光调制用于去除纹身
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
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