随着激光技术及量子通信技术的不断发展,声光调制器已经成为多个领域的重要器件。衍射效率和任意偏振光偏振保持能力成为声光调制器的重要指标。通过对声光调制器的衍射效率进行理论分析和实验研究,提出了提升声光衍射效率的理论方法,并设计了一种任意偏振光可偏振保持的正反馈声光调制器系统。经实验验证,该声光调制系统能显著提高声光调制器的衍射效率,且在量子通信领域中可保证任意偏振光的保偏传输。研究结果为光纤耦合声光调制器以及基于声光调制器的量子器件的研究提供了参考。

为了实现机床在加工状态下主轴径向跳动非接触、高精度的测量, 采用光外差法光路的激光多普勒差分检测方法, 进行了理论分析和实验验证。直接耦合和透镜耦合的全光纤光路的应用, 降低了布喇格衍射光路的调节难度, 提高了测量分辨率和抗干扰能力, 减小了噪声; 光纤分光器实现了同一轴线上的差分测量, 抑制了因测量光路本身的振动带来的干扰。得到了相对误差为0.0838%的主轴径向跳动测量结果, 实现了纳米级跳动误差测量。结果表明, 系统的相对误差和测量不确定度均小于0.1%。该研究对主轴径向跳动的实时测量有一定的指导意义。

针对线性扫频激光器在扫频速度、步长、范围、精度和信噪比等方面差异较大的问题,提出一种基于声光调制直接生成频率扫描激光器的方案。该激光器采用环形腔体结构,具有扫频速度快、扫频精度高、信噪比好等特点。通过分析激光器的信噪比和掺铒光纤放大器中掺铒光纤的长度等参数对生成的频率扫描激光器性能的影响,对现有的频率扫描激光器进行了优化。

在各类光学系统设计过程中，由于实验系统对于光学器件的透反射率要求不同，需要确定光学器件的透反射率。本文设计了一种对光学器件的透反射率进行精准测量及标定的系统，该系统通过对激光光源进行声光调制，使得激光输出功率的稳定度显著提高，避免了测量时光源不稳定带来的较大误差。实验结果表明，该系统能够稳定光源输出功率，稳定度维持在005%/h，甚至更高的水平，满足了光学器件透反射率测量的误差小，精度高等要求。

为了满足冷原子干涉实验对激光移频的需求、实现移频速率的精确可控,设计并实现了 一个带有操作界面的声光调制器数字驱动与控制系统。该系统由三个部分组成,分别是上位机,微处 理器控制芯片,射频信号产生芯片。其中上位机用于收集控制信息；微处理器控制芯片用于根据上位机 发送来的控制信息实现对射频信号产生芯片的控制、产生驱动声光调制器晶体的射频信号,从而实现对 实验中所需的激光进行移频。该系统可输出频率为0～150 MHz且相位噪声低至－116 dBc/Hz的射频信号,同时可 有效控制输出信号的幅度、相位和扫频速率等,该系统提供了满足冷原子干 涉实验需求的多种工作模式。

为实现对工件表面微观形貌测量系统要求远距离传输、实时在线及非接触测量，同时达到高精度、高分辨力、高信噪比测量，提出基于声光调制的光纤外差法轮廓检测技术，采用外差法可有效抑制随机噪声，提高信噪比，通过原理分析建立数学模型; 系统设计画出工件表面粗糙度测量框图; 实验测量得出被测工件表面粗糙度，分辨力达到1 nm; 讨论了不确定度来源及控制方法，测量精度为1‰。实验结果表明: 外差法、声光调制及光纤测试技术可有效降低噪声、提高分辨力和测量精度。

分析了原有超短脉冲激光调制系统驱动器存在的不足,提出了改进方案。研制的调制系统驱动器运用声光调制技术,采用了FPGA器件,代替了分立元件;在芯片内实现高频信号的产生,并且完成了射频信号分频、鉴频和鉴相以及信号调制的功能,解决了高频信号传输的难题。研制的超短脉冲激光调制系统驱动器能够输出4 M,800 k,400 k,80 k,40 k,8 k,4 k,800,400 Hz等不同重复频率的脉冲信号,输出功率达到瓦级,满足了声光布拉格池的要求。匹配网络的加入使声光换能器充分吸收腔倒空驱动器输出的功率,增加衍射效率。激光脉冲调制系统已应用在皮秒时间相关单光子计数光谱仪系统中,在实际应用中取得了理想的效果。

分析了声光效应的基本原理及布拉格效应成立的条件, 构建了声光器件特性测试实验装置。对声光器件中布拉格衍射的建立、声光调制的幅度特性及频率特性等基本特性进行了测量分析, 对声光模拟信号传输的线性特性和音频频响关系进行了研究。

利用声光调制器(AOM)的偏频特性,以CH4分子吸收线R9支一条强吸收线(λ=1.6378 μm)作为参考频率,实现了对外腔式半导体激光器的无调制频率锁定。实验中在100 s内典型的频率起伏小于5.6 MHz,较激光器自由运转时的频率起伏34 MHz有了显著的改善,而误差信号的阿仑(Allan)方差平方根(即稳定度)在平均积分时间为16 s时达到最小值5.75×10-10。该方法实现了基于气体分子吸收线的半导体激光器无调制锁频,并且CH4分子在1.6～1.7 μm处有丰富的振转光谱,满足光纤通信中对激光器输出波长的要求,可应用于光纤通信中激光光源的频率锁定。

本文开发了一套基于声光调制的粒子图像速度粒度场仪成像系统,其中包括双脉冲激光系统和光强调整两部分.该系统选用连续激光器,利用声光调制器对激光束的外调制作用,产生不同光强不同频率的激光脉冲,简化了激光系统,实现了基于灰度统计判别的查询方法;采用数字摄像机记录图像,省略了图像采集卡.光强调整减小了光强的高斯分布对成像质量的不利影响.采用像增强技术,使小功率激光器能够达到与大功率激光器相同的效果,降低了激光器功率的要求.利用该系统对循环水槽模拟水涡流开展了测量,并分析了相应的试验结果.