電気光学変調器（EOM）についての解説
技術概要
電気光学結晶は、印加された外部電圧に応じて光路長を変化させる特徴があります。
この変化は、照射された光の偏光方向に依存します。λ/ 2 電圧を印加する時、直交する偏光ビームの光路長の差はちょうど波長の半分です。
結晶を適切に配置すれば、照射された光の偏光方向は 90° 回転します。
この状態の時、偏光子によって光を消すことができます。
印加電圧を変化させることにより、レーザービーム強度の高速変調が可能になります。
電気光学変調器の性能は、電気的に位相遅れを調整可能な波長板として理解すると簡単です。
LM0202 シリーズ変調器は、横方向の電気光学効果を使用します。
ビームの方向と電界は直交しています。
LM0202 シリーズは、断面積が小さく長い結晶になるので、λ/ 2 電圧を低く抑えることができます。
ほとんどの電気光学結晶は自然複屈折の強いバックグラウンドで動作するため、補償の方式が使用されます。
LM 0202 シリーズの各モジュレータには、4 つの結晶が内蔵され、補償のために最適な配列がされています。
それぞれの結晶は、長さが 100 nm 未満の偏差で製造されています。
結晶は、光学的に直列に、電気的には並列に動作します。
LM0202 および LM0202P 変調器では、自然複屈折によって引き起こされる遅延を最小限に抑えるように結晶方位が最適化されています。
一般的な波長板と同様に、適切な 90° 回転を実現するには、レーザービームの偏光を光軸に対して 45° に調整する必要があります。
レーザービームが光軸の方向に偏光されている場合、偏光の回転がなく、純粋な位相遅延が発生します。
原則として、これにより、ユーザーは LM0202 変調器を位相変調器として操作できます。
この構成では、バックグラウンド遅延を最小限に抑えるように最適化されており、4 つの結晶のうち 2 つが位相変調に対して電気光学的にアクティブです。特別なモデルである LM0202 PHAS は、4 つの結晶すべてを位相変調に使用する構成です。
PM25 位相変調器は、高品質のブリュースター変調器であり、損失に敏感なアプリケーション、特にイントラキャビティ変調に使用します。ビームのずれや変位がないため、変調器を共振器に取り付けるのは簡単です。
すべての変調器で、自然複屈折によって引き起こされるビーム偏向とビーム変位は、補償構成の結晶を使用することで取り除かれます。
電気光学変調器は一般に直線偏光レーザー光を必要とします。
レーザー光自体が十分に偏光されていない場合は、追加の偏光子を使用する必要があります。
LM0202 P 強度変調器には、アナライザとして使用される偏光子が組み込まれています。
変調器の電圧入力プラグはハウジングから絶縁されており、結晶に直接接続されています。
印加電圧を変化させると、レーザー強度の変化が見られます。
続いて電圧と回転を調整すると、消光比 > 250：1 を実現できます。
交差した、または平行な偏光子間で電気光学変調器を操作すると、強度変化は次の式のようになります。
I = Io・sin2 (U/Uλ / 2 · π / 2)
Uλ / 2 － λ / 2 電圧
Io － 入力するレーザー強度
U － シグナル電圧
消光比を最大にする適切なオフセット電圧が印加されているという想定です。
オフセット電圧により、電圧に対する強度曲線のシフトが発生します。
λ / 2 電圧は、波長λ、結晶の厚さ d に比例し、結晶の長さｌに反比例します；
Uλ / 2 = λ * d / (n03 * r63 * l)
ここで、n0 は常光の屈折率、 r63 は結晶の電気光学係数です。
多くの場合、一次強度が電圧に比例して変化するようにオフセット電圧を設定するほうが便利です。
これは、オフセット電圧を、最大消光に必要な値から (½ ・Uλ / 2) を引いた値に設定することで実現されます。
LM0202 シリーズの変調器は密閉されています。100 mbar から 1500 mbar の気圧下、および 0°C から 50°C の温度範囲で操作できます。
標準の変調器は、水平にセットするよう設計されています。変調器のウィンドウは、
マイルドな有機溶剤で簡単に洗浄できます。
アプリケーション
LM0202またはLM13シリーズの電気光学変調器は、レーザーの強度やパワー、位相、偏光状態を変調するために使います。
これらのデバイスは、連続波またはパルスレーザーアプリケーションに最適です。
標準モデルには多くのバリエーションがあり、250～1100 nm の波長範囲または特定の波長で使用できます。
特殊な結晶を使用すると最大 3000 nm の動作が可能です。
変調器は通常、半導体レーザー、固体レーザー、ガスレーザー、または白色光レーザーで使用されます。
これらのデバイスは、レーザー走査型顕微鏡、ステレオリソグラフィ、レーザー投影、光学ストレージ、印刷、研究開発、およびレーザー業界の通信工学の分野で使用されています。
PM25およびPM-C-BBシリーズは、通常、キャビティ内の高速位相変調に使用されます。
したがって、周波数と位相の安定化のための高いフィードバックゲインを備えた非常に高速な制御ループを、高精度レーザー用に構築できます。
電気光学変調器の選択基準
お使いになるレーザーシステムの仕様から、変調器の動作波長とアパーチャを決定します。
高出力のレーザー用には、大きなアパーチャサイズの変調器が必要です。
レーザーの波長が短いほど電気光学感度の低い変調器が使えます；低電圧駆動により、帯域幅と変調器サイズに利点が生じます。
高光学品質のブリュースター変調器は、損失に敏感なアプリケーション、特にキャビティ内変調に最適です。
変調器の選定については、「FAQ 電気光学変調器（EOM）に関するよくある質問」もご参照ください。