根据声光调制中的频率、相位调制原理，文章介绍了一种光学相移的方法：利用一对声光调制器，合理校准它们，可以构建出一个光学相移器。该相移器通过两声光调制器的超声波相位差可以直接控制两光束的相位差。当使用与偏振无关的声光调制器时，该相移器对入射光的偏振不敏感，且不需要精确的机械刻度。

图 1相移器示意图

设入射光束电场表示为：

第一个声光调制器的超声波场用驻波场表示为：

从声光调制器1出射的光束电场可以表示为

其中Φ₁是光束经过声光调制器1后的相位延迟，出射场E₁₀与入射场E0的关系取决于声光调制器的衍射效率。光的入射角频率ω₀和超声波角频率Ω与出射角频率ω_d的关系是：ω_d=ω₀+Ω 

入射光初相位φ₁和超声波初相位θ₁与出射光初相位Φ₁的关系是： Φ₁=φ₁+θ₁

声光调制器1产生的第1级衍射光进入第2个声光调制器后，其光束的电场表示为：

这里φ2 是光束从声光调制器1到声光调制器2的相位延迟。加在声光调制器2上的超声波的驻波场可表示为：

　进入声光调制器2的光束与超声波传播方向相向，因此，由声光调制器2出射的光束频率会减小。声光调制器2出射的一级衍射级光束电场可以表示为：

其中，光的入射角频率ω_d和超声波角频率Ω与出射角频率ω′_d的关系是： ω′d=ωd-Ω=ω0

光的入射光初相位Φ₁＋φ_２和超声波初相位θ₂与出射光初相位Φ₂的关系是： Φ₂=Φ₁-φ_２-θ₂

由于两个声光调制器是被相同频率的信号驱动。故声光调制器1增加的频率将被声光调制器2减小频率所抵消。Φ₂是光束从进入声光调制器1到出声光调制器2整个光程所引起的相延迟。而事实上，比较第二个声光调制器的入射方程和出射方程，可知φ₁－φ₂是固定的，对光的相位的控制正是对超声波的相位θ₁－θ₂控制。其实是对输入两个声光调制器射频信号之间的相位差Δθ控制。而且由于射频信号产生的超声波是驻波，所以超声波的相位差θ_１－θ₂是射频电信号相位差Δθ的２倍：θ１－θ₂=2Δθ 

其中，两射频信号的相位差Δθ正是延迟的量。那么，要想使光束的相位平移量为2π时，只要把射频电信号相位延迟Δθ为π 即可。

图 2实验装置图：HR45：45全反镜，F1-F7：凸透镜，PBS1和 PBS2：偏振分束器，AOM1和AOM2：声光调制器，50/50BS：50/50的分束器

实验装置如图2所示，780nm的半导体激光器出射的激光束通过一对声光调制器。控制驱动两个声光调制器射频信号的相位，就可以控制两声光调制器的驻波场的相位差，实现对θ₁－θ₂控制，从而引起激光束相位延迟。使用与偏振无关的声光调制器，则相移器对入射光的偏振并不敏感．

入射光束通过两声光调制器衍射，声光调制器1的第一级衍射光作为声光调制器2的入射光束，这样两个声光调制器1和2就串联接入光路中了。此时，设置射频信号的频率为f=72.2MHz，则信号进入声光调制器1和声光调制器2的频率相同都为f=72.2MHz，确保光的频移量相等。实验光路如图2，光束经过λ/2波片和棱镜PBS1分为两束光，一束通过全反镜进入声光调制器的为要移相光。为了提高衍射率，实验中把声光调制器1放在透镜F1（焦距为：f₁=300mm）的焦点上。

本实验光的正一级衍射效率约为63%，透镜F1与透镜F2（f₂=150mm）之间的距离为F1与F2的焦距之和，这样从透镜F2出射光为平行光。然后再用透镜F3（f₃=150mm）汇聚，把声光调制器2放在它的焦点上，声光调制器2的出射光负一级衍射效率约为44%，透镜F3与透镜F4（f₄=300mm）之间的距离为F3与F4的焦距之和，从透镜F4出射光仍为平行光。为了减小透镜对光特性的影响，光路应该对称，即f₁=f₄，f₂=f₃。由于光束经过两次衍射，光斑很小。（只要入射光光斑不要超过AOM的有效孔径，入射光是平行光，那么经过AOM后的衍射光还是平行光，不过光斑大小可能会有一些较小的变化）所以需要经过透镜F5（f₅=80mm）和F6（f₆=300mm）扩束。扩束后光过半反半透镜的功率为0.423mW。

另一束光为参考光，再经过λ/2波片和棱镜 PBS2，经全反镜过半反半透镜 的功率为0.419mW。半反半透镜到透镜F7（f₇=35mm）的距离为5cm，透镜 F7到光屏的距离为70cm。然后观察两束光的干涉条纹的位置，就可得到相移光束的相位平移量。图中PBS2的作用不只是充当反射镜，它还可以调整偏振方向，目的是与另一束光的偏振相同。当然还能调节光强，使两束光在半反半透镜处重合的功率一样，增强干涉条纹的反衬度。可以看到，光束的相位延迟 θ1－θ2，是由两个声光调制器驱动的射频信号差Δθ控制。因此，通过控制Δθ，我们可以实现直接改变输出光束的相位以达到我们的目的。本实验是光学相干实验，所以要求激光单模性特别高。而且必须保证对光的两次频率移大小相等，即通过声光调制器1的频率增加量等于通过声光调制器2的频率减少量。为保证这一点，实验中只用一个射频信号源驱动声光调制器，这样就在第一个声光调制器上光频率移出量与第二个声光调制器移回量才能保证相同。

图3为采集干涉对比图。每组对比图中，上部分为原始图A图，下部分为相位平移图B、C、D、E、F图，由图看出B、C、D、E、F图与A图相位差θ1 －θ2分别为0.5π、π、1.5π、2π、2.5π。对应信号相位延迟Δθ：0.252π、0.523π、0.743π、1.015π、1.224π。干涉图对应的相位与理论超声波对应相位相当吻合，是射频信号的2倍。

图 3为干涉对比图．上部分为原始图A图，下部分为相位平移图B、C、D、E、F图，相位延迟分别为：0.５π、π、1.5π、2π、2.5π

来自《直接光学相移器》