一、 布拉格声光器件结构

虽然可以在液体中观察到声光互作用，但实际器件中使用晶体或玻璃作为相互作用介质，其RF频率在MHz到GHz范围内。压电换能器在接收到RF驱动信号时产生声波。

压电换能器放置在2个电极之间。顶部电极决定了传感器的有效极限。接地电极与晶体结合。

传感器厚度要匹配要生成的声波频率。电极H的高度取决于应用的类型，并且必须超过光束直径。为了在传播过程中准直晶体内的声束，需要偏转器。

选择合适的电极长度L以提供所需的带宽和效率。同时，可以优化电极的形状，用于阻抗匹配或控制声波波形。

为了将压电换能器耦合到驱动器，避免功率回波损耗，需增加一个阻抗匹配电路（通常为50欧姆）。RF功率回波损耗以布拉格声光器件的电压驻波比(VSWR)为特征。

晶体通常会用增透膜涂敷，减少来自光学表面的反射。对于特定的波长，可以将面切割成布鲁斯特角。

二、 声光调制器

声光调制器（Acousto-Optic Modulators）根据布拉格衍射原理，产生一级衍射光，可用于光强度调制。其上升时间（T_R）与通过激光束的声波传播时间成正比：

其中：β是与激光束有关的常量；Φ是激光束直径；V是声速。

可见，Φ是唯一能够缩短上升时间（T_R）的参数。因此，可以将入射光束聚焦在声束上，减小光束直径从而缩短上升时间。

当入射光束为TEM00光束时，常量β=0.66。

1、 约束条件

为了激发声光互作用，与声波波长相比，L必须保持足够大；

在实际情况中，考虑到光束的发散，入射光束并非完美的沿一条直线以一个角度入射，入射角通常为理论角度左右的小范围内。为了保证衍射效率，需要使该范围内所有角度的入射光束都满足布拉格条件。因此，用声波发散（DIVA）抵消光束发散（DIVO）。其中：

DIVA=Λ/L

Λ是声波波长，L是超声波源的尺寸。

当DIVO《DIVA时，入射角度与布拉格角相差太大的光束无法激发声光互作用。

当DIVO》DIVA时，将会减小带宽。

2、 静态和动态对比度（Static & dynamic Contrast Ratio）

入射激光束特性对调制器性能（时间响应和消光比）具有显著影响。其中静态对比度是指测量调制器分离不同衍射级（特别是0和1级）的能力。

载波频率和光束的聚焦度是静态消光比的物理限制。高斯光束（TEM00）入射，能使声光调制器处在最佳性能，因此之后的分析都用TEM00光束。

TEM00静态对比度可写为：

动态对比度与调制器的调制带宽有关。声光调制器的响应时间会导致动态对比度的减小。

3、 模拟调制带宽（Analog Modulation bandwidth）

上升时间是表征调制器时间响应的一种方便且容易的工具。此外，由于声光调制器的时间响应是一个线性卷积积分，因此可以用傅里叶变换进行分析，获得AOM的调制传递函数（MTF）。响应高斯输入光分布的MTF是：

其中：V是声速，Φ是光束直径，fc是响应降至1/e²时的频率。

另外，可以测量-3dB（50%降低）处的模拟调制频率：

从中我们可以推导出F_-3dB和上升时间之间的关系：

最佳性能

上升时间：4-8ns；效率：70-85%

4、 应用：

-激光打印

-传输视频信号

-降噪

-锁模

-多光束调制器（可在调制器中发送包含在调制器带宽内的若干个离散频率（F1，F2，...，Fn），衍射光束按不同的方向分开排列）

-在垂直方向上的扫描系统。

三、 声光偏转器（Acousto-Optic Deflectors）

该器件用于偏转光束。通常使用大尺寸晶体，在直径较大的入射光束下工作，以减少光学偏差并提高光学分辨率。

1、 静态分辨率（Static resolution N）

声光偏转器的静态分辨率是根据在偏转角范围内可以分辨多少个光点来定义，即分辨点数。在入射光为TEM00光束的情况下，两个连续点的中心在光强降为1/e²处视为分开。

其中：Δθ是偏转角度范围，DIVO是激光束发散

入射光为TEM00光束时：

其中：ΔF是射频频率范围，Φ是光强降为1/e²时的光束直径，V是声速

2、 存取时间

T_a称为偏转器的存取时间：

它对应于声波穿过激光束所需的时间，即偏转器从一个位置换向到另一个位置所需的时间。

3、 动态分辨率（Dynamic resolution Nd）

在线性频率扫描的情况下，频率不是离散值，需要使用动态分辨率：

在z＝O（在晶体的入口处）：

在z≠0时：

其中, N_d：动态分辨率， N：静态分辨率， T_a：存取时间，

T：从Fmin到Fmax的扫描时间。

倾角(δ)是距离(z)和时间(t)的函数：

类似柱状镜，在z和z+dz处，衍射光束倾角不同。等效圆柱焦距为：

其中：为频率调制斜率，V是声速，α取决于入射光束（矩形光束α=1，TEM00光束α=1.34）

4、 效率

对于各向同性相互作用，效率曲线与频率关系如下图所示：

某些应用需要在所有带宽上保持准恒定效率。可以通过减小超声波束的宽度（L）来获得，但是降低最大效率。

各向异性相互作用的特殊情况：与各向同性相比，各向异性的带宽可以增加。在特定的角度下，可以有两个同步频率来匹配布拉格条件，从而可以扩大偏转角度范围。

来自《ACOUSTO-OPTIC THEORY -2013》http://www.aaoptoelectronic.com/