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相干拉曼技术中光调制方案优缺点

发布时间:2023-01-30 10:39:03 浏览量:1542 作者:Leon

摘要

相干拉曼技术中高频高峰值功率激光束的调幅是一项艰巨的任务,在这些条件下需考虑调制器件的调制频率范围、工作条件、损伤阈值、噪声干扰等因素,因此不同的调制器的影响各不一样。

正文


相干拉曼技术中光调制方案优缺点


瓦级1064 nm斯托克斯激光束使用的峰值功率可以在紧聚焦时损坏光调制器(AOMs)。但是对于高速调制,AOM需要激光聚焦入射。这是因为驱动调制的声波必须以垂直的方式穿过激光束腰。考虑到常用声光材料的声速,10 MHz调制需要的焦点光斑小于100 μm,由此产生的峰值强度过高。


宽带电光调制的使用也可能存在问题。这是因为宽带电光调制器利用高功率射频放大器与较长的电缆连接到相对笨重的调制器。这些电缆可以发射电磁干扰,使锁相放大器不堪重负。因此,电缆和放大器的小心放置和良好的屏蔽是必要的。也可以观察到“幽灵”效应,即系统的噪音水平取决于个人站在房间里的位置,因为人体可以反射电磁辐射


因此,优选的调制器是谐振波克尔电池。在这种情况下,一个小的非线性晶体的电容,结合一个精心选择的电感,形成一个谐振“坦克”电路,其首选频率是感兴趣的调制频率。电感/电容槽电路的谐振频率可根据公式计算



图1.A用于高频调制的波克尔谐振腔示意图。B包括调制器的偏振光学原理图。偏光器的传输是由施加在磷酸钛铷(RTP)非线性晶体上的电压决定的。C显示器电压(黄色)和激光脉冲序列的示波器迹显示20 MHz调制,调制深度高。


其中L和C分别表示所选电感和晶体自电容。在谐振频率处,电路的阻抗变得几乎无穷大,这意味着在输入功率相对适中的情况下,可以通过电容(非线性晶体)获得高电压。这是非常可取的,因为这意味着可以使用小型射频放大器(输出功率< 1w)来获得高压调制,并且整个系统可以密封在金属外壳中屏蔽电磁干扰。如果选择适当的非线性晶体,可实现的交流(AC)驱动电压将达到晶体的±1/4波电压的输入波长。然后,调制器可以与一个静态λ/4板组合。在这种配置中,当调制器在+1/4波时,这个延迟与静态波片相加产生λ/2延迟,影响90°极化旋转。当调制器位于- 1/4波时,两个延迟抵消,净极化旋转为零。整个光学系统可以与偏振分析仪相结合,使未旋转的光被透射,旋转的光被抑制。因此,总的来说,在适度的输入功率和紧凑的仪器的情况下,所选参考频率的调制基本上可以达到100%的调制深度。假定SRS信号随调制深度线性扩展,使调制深度最大化为在给定的平均功率下,获得最高信号电平是很重要的。图1显示了调制器驱动电路的原理图,其中包含采样分量值和调制波形的示波器迹。


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