本文首先介紹了激光器的起源、種類和應(yīng)用，進(jìn)而介紹了聲光調(diào)制器（Acousto-Optic Modulator， AOM）的工作原理，并展示了AOM作為光開關(guān)使用時(shí)的實(shí)驗(yàn)效果。

1960年，西奧多·梅曼（Theodore Maiman）成功地發(fā)明了第一個(gè)實(shí)用的激光器——紅寶石激光器。梅曼使用了人工合成的紅寶石晶體作為增益介質(zhì)，利用閃光燈作為泵浦源，成功激發(fā)出具有強(qiáng)烈單色性的紅色激光（波長為694.3 nm）。這標(biāo)志著激光器技術(shù)的誕生，梅曼的實(shí)驗(yàn)突破了物理學(xué)和工程學(xué)的限制，被視為激光技術(shù)的重要里程碑。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，激光器逐漸發(fā)展出了多種類型，涵蓋了不同波長、功率和應(yīng)用領(lǐng)域。例如：

1. 氣體激光器：如氦氖激光器（He-Ne Laser），由于其穩(wěn)定性和相對低的成本，成為早期最常用的激光器之一，波長為632.8nm（紅色光）；

2. 半導(dǎo)體激光器：1962年，尼古拉斯·霍洛尼亞（Nick Holonyak）發(fā)明了第一個(gè)可見光半導(dǎo)體激光器，開啟了激光器在通信、激光打印、光盤存儲等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用；

3. 固體激光器：如釔鋁石榴石激光器（YAG激光器），這類激光器使用摻鈰的寶石或晶體作為增益介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于激光切割、焊接等工業(yè)領(lǐng)域。

之后隨著激光器技術(shù)的成熟，激光器的應(yīng)用逐漸從科學(xué)研究擴(kuò)展到軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域：

1. 軍事應(yīng)用：激光器被用于導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)、激光制導(dǎo)武器等領(lǐng)域；

2. 工業(yè)應(yīng)用：激光切割、激光焊接等技術(shù)開始進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)線；

3. 醫(yī)療應(yīng)用：激光手術(shù)技術(shù)開始用于眼科、皮膚科等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

激光器技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)相當(dāng)成熟，但激光器在應(yīng)用的時(shí)候需要穩(wěn)定的功率輸出，所以一些激光器都需要開啟一段時(shí)間后才能正常使用。對于某些應(yīng)用來說，激光不能一直照射在目標(biāo)上，為了保持激光器穩(wěn)定的功率輸出，又不能直接關(guān)閉激光器，就需要引入一個(gè)額外的光開關(guān)來對激光進(jìn)行控制。

圖二 常見聲光調(diào)制器（AOM）作為光開關(guān)光路示意圖

聲光調(diào)制器（Acousto-Optic Modulator， AOM）是一種通過聲波調(diào)制光波特性（如光強(qiáng)、頻率、偏振等）的光學(xué)器件。它利用了聲光效應(yīng)，即聲波在透明介質(zhì)中傳播時(shí)，改變了該介質(zhì)的折射率，從而影響通過該介質(zhì)的光波。

如圖二所示，激光經(jīng)過AOM調(diào)制之后會有兩個(gè)級次，其中0級光需要經(jīng)過多個(gè)反射鏡，用以吸收能量；一級光則出射進(jìn)入光路。

當(dāng)聲波在光學(xué)介質(zhì)中傳播時(shí)，會在介質(zhì)中產(chǎn)生周期性的折射率變化。形成類似于光柵的光學(xué)元件。聲光效應(yīng)主要有兩種：

1. 布拉格衍射（Bragg Diffraction）：這是在聲光調(diào)制器中最常見的衍射模式。光的傳播方向與聲波的傳播方向呈某一特定夾角，此時(shí)AOM相當(dāng)于立體光柵，衍射光能量基本都分布在一級，基本沒有其他級次。

2. 拉曼衍射（Raman Diffraction）：與布拉格衍射不同，拉曼衍射光的傳播方向與聲波的傳播方向垂直，此時(shí)AOM相當(dāng)于平面光柵，衍射出來的光會出現(xiàn)多級對稱分布。

圖三 布拉格衍射和拉曼衍射對比

一般光開關(guān)常用布拉格衍射，當(dāng)AOM加載信號時(shí)，衍射出一級光供使用，當(dāng)不需要激光時(shí)，AOM不加載信號，此時(shí)只存在0級光，被吸收。下圖為銳光凱奇使用AOM搭建的光開關(guān)示意裝置：

圖四 AOM工作時(shí)與不工作時(shí)對比

圖上我們可以看到，當(dāng)AOM不工作時(shí)，激光直接透過；當(dāng)AOM工作時(shí)，會衍射出與原本光線呈一定夾角的一級光。當(dāng)我們頻繁的切換在AOM上是否加載信號時(shí)，就可以對出射光進(jìn)行調(diào)試。

拓展：AOM還可以使用兩個(gè)級次的光干涉，從而得到一個(gè)光拍信號，用這個(gè)信號可以進(jìn)行一系列的測量。