光偏转器

按一定规律改变光束在空间传播方向的器件

光偏转器又称光束扫描器。一种按一定规律改变光束在空间传播方向的器件。光点检流计、转镜式高速摄影机、光学图像记录及显示等方面都采用了光偏转技术。通常用机械的方式转动反射镜（或多面反射体）以改变光束至镜面的入射角，达到使反射光束偏转的目的。另一类常用的光偏转器是利用电光效应或声光效应改变透明介质的折射率，达到偏转光束的目的，这类偏转器往往只适用于对单一波长的激光光束偏转的场合。

性能指标

衡量光偏转器性能的技术指标有多个。便如偏转速度、响应时间、偏转角、分辨率、偏转线性、光损耗、光波阵面畸变、适用的光波段范围、同步扫描精度以及抗干扰能力等。其中以分辨率N(即偏角θ范围内能分辨的光点数)为主要技术指标之一,它可由瑞利判据（见分辨本领）确定：N=Aθ/ελ，式中A 为光束直径,λ 为光波波长，ε是通光口径形状和光束截面上光强分布的函数, 对于高斯型分布的光束,ε=1.27。

工作原理

下面简要介绍几种常用光偏转器的工作原理。

转镜

转镜式光偏转器是利用旋转运动的驱动源(如电动机)拖动一块多面反射体实现光偏转的。由于有较大的惯性，当转镜转速确定后，它可视作为单一频率的偏转器，由光的反射定律知偏转光束的扫描角速度是转镜旋转角速度的两倍。这类光偏转器的优点是偏转线性好、通光口径大、偏转速率高等。它们广泛用于高速摄影机和激光应用技术中。图 1是一种电动高速转镜装置，一块正三角形的多面反射体可以以30～40万转/分的速度旋转。

振镜

通常是一块小反射镜，粘固于悬挂在恒定磁场中的线圈上，当电流通过线圈时，在磁力的作用下线圈和小镜一起产生转动，而当电流取消时，弹性元件使线圈和小镜回到原来的平衡位置。这种往返的偏转使入射至小镜的光束，在反射时形成正向扫描和回扫。由于系统惯性小，当电流随时间呈锯齿形改变时，振镜使光束正向扫描时有很好的线性,而回扫极为迅速。同理,振镜还可以做到高精度的伺服控制。

声光偏转器

声波在透明媒质中传播，由于光弹效应引起折射率的周期变化，利用这一现象可以制作成两类不同性质的偏转器，一类是梯度折射率偏转器，另一类是衍射偏转器。前者用一束直径远小于声波长的细光束正交入射至形成光驻波的声光媒质中，该光束穿过由声场造成的折射率发生渐变的空间，会向折射率增加的方向偏折，偏折范围和频率取决于声强和声频。在衍射偏转器中，光束的半径要远大于超声波长，利用光波在三维高频声光栅中的衍射发生偏折。在粗略近似下，可以把声波波阵面看成一系列间距为声波长的部分反射镜面(图2)。入射光波以一定角度穿过这些反射镜面列阵时，诸反射光波产生干涉。当满足干涉加强条件,即满足布喇格角条件(见X射线衍射)时，合成的反射光波称为一级衍射光，它和入射光之间的夹角是声波长或声频的函数，因此改变声频即可以使一级衍射光波的传播方向发生偏转。这类器件由于可控性好，偏转角定位精度高等优点，在光学工程中有广泛的应用。这类器件的分辨率已达1000。

影响

基模高斯光束在电光偏转器中的传输特性分析：

取基模高斯光束的波长λ= 632.8 nm，束腰半径ω0= 1.5 mm，从激光器出射至LiNbO3光束偏转器的距离z0= 0.5 m。光束偏转器外加电压。另外，不妨假定初始时入射光的偏振方向和失配角都沿y方向。为计算方便，分析在特殊偏压时刻的光传输特性，即第一棱镜组上的外加电压最大，第二棱镜组上的外加电压为0 V，其它时刻光束传输特性的计算方法完全相同。可计算出进入第一棱镜组的电场分布，再计算出到达第一棱镜组中两块棱镜分界面上的电场分布。由于上下两个棱镜的折射率差极为微小，可忽略此分界面处的折射效应，再计算出到达第一棱镜组出射面内侧的电场分布，最后得到从第一棱镜组出射的光束的电场分布。对于第二棱镜组，由于外加电压为0 V，可以通过一次折射、一次传播和再一次的折射计算得到从第二棱镜组出射的光束的电场分布。

下图分别对应失配角为200μ rad时的入射光在第一棱镜组入射面、出射面和第二棱镜组出射面上的电场分布。由图可见，除了电场幅度上的衰减外，电场分布的形状也发生了细微的变化。

将计算得到的第二棱镜组出射的电场分布作为信号光电场就可求出归一化中频电流与失配角的关系曲线(见下图)，由图可见，两条曲线存在一定的差异，它正是由LiNbO3光束偏转器导致的传输光束电场变化造成的。本试验系统要求达到对失配角10μ rad的检测准确度，必须考虑光束偏转器对归一化中频电流的影响，这样才能得到比较满意的测量结果。

基模高斯光束经过LiNbO3光束偏转器后发生的光电场变化，计算了由此导致的检测系统探测器输出中频电流和失配角之间关系的改变，有利于提高检测系统的测量准确度。

其他形式

光偏转器还有其他的形式，例如运用泡克耳斯效应制作的连续偏转器和数字偏转器，利用磁致伸缩驱动的振镜以及光导纤维偏转器、干涉偏转器等。甚至有利用高损耗激光腔的模式内选择原理实现光偏转的。光偏转器往往与光调制器组合在一起广泛应用于光显示和光贮存中。

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