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光偏轉器是運用泡克耳斯效應製作的連續偏轉器和數字偏轉器,利用磁致伸縮驅動的振鏡以及光導纖維偏轉器、干涉偏轉器等。甚至有利用高損耗激光腔的模式內選擇原理實現光偏轉的。

1 光偏轉器 -光偏轉器

 

2 光偏轉器 -正文

  又稱光束掃描器。一種按一定規律改變光束在空間傳播方向的器件。光點檢流計、轉鏡式高速攝影機、光學圖像記錄及顯示等方面都採用了光偏轉技術。通常用機械的方式轉動反射鏡(或多面反射體)以改變光束至鏡面的入射角,達到使反射光束偏轉的目的。另一類常用的光偏轉器是利用電光效應或聲光效應改變透明介質的折射率,達到偏轉光束的目的,這類偏轉器往往只適用於對單一波長的激光光束偏轉的場合。
  衡量光偏轉器性能的技術指標有多個。便如偏轉速度、響應時間、偏轉角、解析度、偏轉線性、光損耗、光波陣面畸變、適用的光波段範圍、同步掃描精度以及抗干擾能力等。其中以解析度N(即偏角θ範圍內能分辨的光點數)為主要技術指標之一,它可由瑞利判據(見分辨本領)確定:N/ελ,式中A為光束直徑,λ 為光波波長,ε是通光口徑形狀和光束截面上光強分佈的函數, 對於高斯型分佈的光束,ε=1.27。下面簡要介紹幾種常用光偏轉器的工作原理。
  轉鏡  轉鏡式光偏轉器是利用旋轉運動的驅動源(如電動機)拖動一塊多面反射體實現光偏轉的。由於有較大的慣性,當轉鏡轉速確定后,它可視作為單一頻率的偏轉器,由光的反射定律知偏轉光束的掃描角速度是轉鏡旋轉角速度的兩倍。這類光偏轉器的優點是偏轉線性好、通光口徑大、偏轉速率高等。它們廣泛用於高速攝影機和激光應用技術中。圖 1是一種電動高速轉鏡裝置,一塊正三角形的多面反射體可以以30~40萬轉/分的速度旋轉。

光偏轉器光偏轉器

  振鏡  通常是一塊小反射鏡,粘固於懸挂在恆定磁場中的線圈上,當電流通過線圈時,在磁力的作用下線圈和小鏡一起產生轉動,而當電流取消時,彈性元件使線圈和小鏡回到原來的平衡位置。這種往返的偏轉使入射至小鏡的光束,在反射時形成正向掃描和回掃。由於系統慣性小,當電流隨時間呈鋸齒形改變時,振鏡使光束正向掃描時有很好的線性,而回掃極為迅速。同理,振鏡還可以做到高精度的伺服控制。
  聲光偏轉器  聲波在透明媒質中傳播,由於光彈效應引起折射率的周期變化,利用這一現象可以製作成兩類不同性質的偏轉器,一類是梯度折射率偏轉器,另一類是衍射偏轉器。前者用一束直徑遠小於聲波長的細光束正交入射至形成光駐波的聲光媒質中,該光束穿過由聲場造成的折射率發生漸變的空間,會向折射率增加的方向偏折,偏折範圍和頻率取決於聲強和聲頻。在衍射偏轉器中,光束的半徑要遠大於超聲波長,利用光波在三維高頻聲光柵中的衍射發生偏折。在粗略近似下,可以把聲波波陣面看成一系列間距為聲波長的部分反射鏡面(圖2)。入射光波以一定角度穿過這些反射鏡面列陣時,諸反射光波產生干涉。當滿足干涉加強條件,即滿足布喇格角條件(見X射線衍射)時,合成的反射光波稱為一級衍射光,它和入射光之間的夾角是聲波長或聲頻的函數,因此改變聲頻即可以使一級衍射光波的傳播方向發生偏轉。這類器件由於可控性好,偏轉角定位精度高等優點,在光學工程中有廣泛的應用。目前這類器件的解析度已達1000。

光偏轉器光偏轉器

  光偏轉器還有其他的形式,例如運用泡克耳斯效應製作的連續偏轉器和數字偏轉器,利用磁致伸縮驅動的振鏡以及光導纖維偏轉器、干涉偏轉器等。甚至有利用高損耗激光腔的模式內選擇原理實現光偏轉的。光偏轉器往往與光調製器組合在一起廣泛應用於光顯示和光貯存中。
  參考書目
 李蔭遠、楊順華編:《非線性光學》,科學出版社,北京,1974。
 A. Yariv, Introduction to Optical Electronics,Holt Rinehart and Winston, New York, 1976.

 

3 光偏轉器 -配圖

 

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