CN107111205B - 具有多个输出光束的声光偏光器 - Google Patents

Abstract

一种光学设备包含一声光介质及附接至该声光介质的多个压电换能器的一阵列。一驱动电路经耦合以将各别驱动信号施加至该等压电换能器，在该多个压电换能器中的每一者处，该等各别驱动信号至少包含处于不同各别第一及第二频率的第一及第二频率分量且针对该等第一及第二频率分量具有不同各别相位偏移。

Description

具有多个输出光束的声光偏光器

技术领域

本发明一般而言是关于光学装置及系统，且特定而言是关于声光装置。

背景技术

声光装置使用音波来使光绕射。在此种类的一典型装置中，将一换能器(诸如一压电换能器)附接至一声光介质(通常一适合透明晶体或玻璃)。换能器由一电信号驱动以在一特定频率下振动，且因此在声光介质中形成音波。由于该等音波的声光介质的膨胀及压缩调变局部折射率且因此在介质内形成具有由驱动信号的频率判定的一周期的一光栅结构。入射于此光栅上的一光束将因此在其通过装置时绕射。

各种类型的声光装置是为此项技术中所已知。举例而言，声光偏光器使用入射光束的绕射来操纵输出光束的角度。输出光束的偏光角度取决于声光材料中的光栅结构的周期且可因此藉由适当地变化驱动信号频率而调整。

可利用一多频率驱动信号驱动声光偏光器以便将入射光束绕射成以不同各别角度的多个输出光束。举例而言，由Hecht在以引用的方式并入本文中的「MultifrequencyAcoustooptic Diffraction」(IEEE声学及超声学会刊(IEEE Transactions on Sonicsand Ultrasonics)，SU-24，第7页至第18页(1977))中及由Antonov等人在同样以引用的方式并入本文中的「Efficient Multiple-Beam Bragg Acoustooptic Diffraction withPhase Optimization of a Multifrequency Acoustic Wave」(技术物理学(TechnicalPhysics)，52:8，第1053页至第1060页(2007))中阐述此种类的多频率驱动的进一步细节。

亦已在专利文献中阐述具有多个输出光束的声光装置。举例而言，美国专利第5,890,789号阐述一种多光束发射装置，该多光束发射装置利用具有不同频率的复数个电信号进行驱动、使用一光学波导类型声光元件或诸如此类来将自一光源发射的一光束分裂成复数个光束。作为另一实例，美国专利申请公开案第2009/0073544号阐述一种用于光学分裂及单色相干电磁辐射的调变的装置，其中一声光元件将由一光束源产生的光束分裂成若干个部分光束。安置于声光元件的下游的一声光调变器被馈送分裂的部分光束且利用额外高频率电信号进行驱动。

作为又另一实例，美国专利第5,255,257号阐述一种电子电路，该电子电路据称允许一声光偏光器在高功率位准下用于多频率模式(每一频率之间具有一最小量的相互调变)中。藉由精确控制相对于一共同参考频率的每一单独频率的个别定相而达成多个单独信号频率之间的干扰的减小。亦控制每一频率的相对相位使得针对呈现给声光偏光器的经组合信号达成一低最大功率而无需降低多个信号频率的总体平均功率。

发明内容

本发明的实施例提供用于光学偏光的经改良装置及方法。

因此，根据本发明的一实施例提供一种光学设备，其包含一声光介质及附接至该声光介质的多个压电换能器之一阵列。一驱动电路经耦合以将各别驱动信号施加至该等压电换能器，在该多个压电换能器中的每一者处，该等各别驱动信号至少包含处于不同各别第一及第二频率的第一及第二频率分量且针对该等第一及第二频率分量具有不同各别相位偏移。

通常，在该等第一及第二频率下的该等各别相位偏移经选择使得处于该等第一及第二频率的声波以不同各别第一及第二波前角度传播穿过该声光介质。在一所揭示实施例中，该声光介质经组态以接收一输入辐射光束且将该输入光束分裂成处于由该等第一及第二频率判定的各别第一及第二光束角度的至少第一及第二输出光束，且其中该等第一及第二波前角度经选择以便满足在该等第一及第二光束角度下的各别布拉格(Bragg)条件。

在某些实施例中，由该驱动电路施加的该等驱动信号进一步包含处于一第三频率、具有不同于该等第一及第二频率分量的一相位偏移的至少一第三频率分量。该至少第一、第二及第三频率可界定一哥伦布(Golomb)尺。

在一所揭示实施例中，由该驱动电路施加的该等驱动信号进一步包含一或多个谐波频率分量，该一或多个谐波频率分量具有经选择以便消除在该声光介质中由于该等第一及第二频率分量中的至少一者而在该等第一及第二频率中的至少一者之一倍数下产生的谐波的各别振幅及相位。

在某些实施例中，该设备包含一辐射源，该辐射源经组态以引导一输入辐射光束入射于该声光介质上的，其中该声光介质经组态以将该输入光束分裂成处于由该至少第一及第二频率分量的该等各别频率判定的各别光束角度的多个输出光束。该等驱动信号的该至少第一及第二频率分量具有经选择使得该多个输出光束具有相等各别强度的不同各别振幅。

根据本发明的一实施例亦提供一种光学设备，其包含经组态以接收一输入辐射光束的一声光介质及附接至该声光介质的至少一个压电换能器。一驱动电路经藕合以将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包含具有各别频率的至少三个频率分量，该等各别频率界定一哥伦布尺且经选择以便致使该声光介质将该输入光束分裂成处于由该等各别频率判定的各别光束角度的多个输出光束。

由该驱动电路施加的该驱动信号可进一步包含一或多个谐波频率分量，该一或多个谐波频率分量具有经选择以便消除在该声光介质中在该至少三个频率分量的该等各别频率中的至少一者之一倍数下产生的谐波的各别振幅及相位。另外或另一选择是，该驱动信号的该至少三个频率分量具有经选择使得该多个输出光束具有相等各别强度的不同各别振幅。

根据本发明的一实施例另外提供一种光学设备，其包含经组态以接收一输入辐射光束的一声光介质及附接至该声光介质的至少一个压电换能器。一驱动电路经耦合以将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包含多个频率分量，该多个频率分量至少包含：处于各别第一及第二基本频率的第一及第二基本分量，该等各别第一及第二基本频率经选择以便致使该声光介质将该输入光束分裂成处于由该等第一及第二基本频率判定的各别光束角度的第一及第二输出光束；及一或多个谐波频率分量，其具有经选择以便消除该声光介质中的处于该等基本频率的各别倍数的谐波的各别振幅及相位。

根据本发明的一实施例进一步提供一种光学方法，其包含引导一输入辐射光束入射于一声光介质上，多个压电换能器之一阵列附接至该声光介质。将各别驱动信号施加至该等压电换能器，在该多个压电换能器中的每一者处，该等各别驱动信号至少包含处于不同各别第一及第二频率的第一及第二频率分量且针对该等第一及第二频率分量具有不同各别相位偏移，以便致使该声光介质将该输入光束分裂成处于由该等各别第一及第二频率判定的各别光束角度的至少第一及第二输出光束。

根据本发明的一实施例此外提供一种光学方法，其包含引导一输入辐射光束入射于一声光介质上，至少一个压电换能器附接至该声光介质。将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包含具有各别频率的至少三个频率分量，该等各别频率界定一哥伦布尺且经选择以便致使该声光介质将该输入光束分裂成处于由该等各别频率判定的各别光束角度的多个输出光束。

根据本发明的一实施例此外提供一种光学方法，其包含引导一输入辐射光束入射于一声光介质上，至少一个压电换能器附接至该声光介质。将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包含多个频率分量，该多个频率分量至少包含：处于各别第一及第二基本频率的第一及第二基本分量，该等各别第一及第二基本频率经选择以便致使该声光介质将该输入光束分裂成处于由该等第一及第二基本频率判定的各别光束角度的第一及第二输出光束；及一或多个谐波频率分量，其具有经选择以便消除该声光介质中的处于该等基本频率的各别倍数的谐波的各别振幅及相位。

依据本发明的实施例的以下详细说明连同图式将更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的一多光束偏光系统之一示意性图形图解说明；

图2是根据本发明的一实施例的用于产生多个输出光束之一声光偏光器的一示意性剖面图；

图3是根据本发明的一实施例的由换能器的一经定相阵列驱动的一声光偏光器的一示意性剖面图；

图4是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明用于一声光偏光器的一多频率驱动电路的一方块图；

图5A至图5E是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明一多光束声光偏光器的输出光束当中的强度变化的图表；

图6是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明施加至换能器的一阵列的相位延迟的一图表；

图7是示意性地展示根据本发明的一实施例驱动的一声光偏光器的一频谱的一图表；及

图8是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明用于等化来自一声光偏光器的多个输出光束当中的强度之一方法的一流程图。

具体实施方式

概述

由于其高速度及角度范围，因此声光装置是用于使用一单个输入辐射源来产生光学辐射的多个光束且使光学辐射的多个光束偏光的有吸引力的装置。然而，很大程度上由于调变器的声光回应中的低绕射效率及非线性的问题，因此尚未在实践中广泛地采用此等装置。此等非线性导致在声光调变器中产生处于驱动频率的谐波及处于和差频率的波，从而导致至不期望绕射阶的光束功率的损失及对不同输出光束的功率位淮的不良控制。

本文中所阐述的本发明的实施例解决此等问题且因此使得一声光装置能够以高效率及对分布至输出光束的功率的精确控制而产生多个输出光束。在所揭示实施例中，此一装置包括接收一输入辐射光束的一声光介质及附接至该声光介质的至少一个压电换能器。一驱动电路将包括具有新颖有利性质的多个频率分量之一驱动信号施加至压电换能器(或换能器)。在所揭示实施例中，驱动信号包括处于各别基本频率的多个基本分量，该等各别基本频率经选择以便致使声光介质将输入光束分裂成处于由对应基本频率判定的各别光束角度的多个输出光束。驱动信号中的此等频率可经调变以便操纵输出光束。

在某些实施例中，为排除由如上文所解释的非线性引起的问题，驱动信号亦包括谐波频率分量，该等谐波频率分量具有经选择以便消除声光介质中的处于基本频率的倍数的谐波的各别振幅及相位。因此，来自输入光束的原本会由于此等谐波而损失至处于不期望角度的寄生光束的能量替代地被输送至所要输出光束中。

另外或另一选择是，可应用此种类的信号消除技术来抑制以对应于基本频率的和与差的角度的寄生绕射。然而，当基本频率均等地间隔开或甚至随机地间隔开时，特定和差频率可与基本频率中的一或多者重合，从而导致输出光束当中的难以控制的振幅的变化。为确保和差频率与基本频率良好地分离，在本发明的某些实施例中，基本频率经选择以便界定其中无两对频率是间隔开相同距离的一哥伦布尺。

在某些实施例中，多个压电换能器之一阵列附接至声光介质且驱动为一经定相阵列。出于此目的，驱动电路施加在多个换能器中的每一者处包括处于各种频率的分量(如上文所阐述)、针对不同频率分量具有不同各别相位偏移的驱动信号。此等相位偏移通常经选择使得不同频率下的声波以不同各别波前角度传播穿过声光介质。该等波前角度可经选择(藉由相位偏移的适当选择)使得以其不同各别光束角度的多个输出光束满足此等光束角度下的各别布拉格条件。

系统说明

图1是根据本发明的一实施例的一多光束偏光系统20的一示意性图形图解说明。一辐射源(诸如一雷射22)发射可包括可见、紫外线或红外线辐射的脉冲或连续的光学辐射的一单个输入光束23。输入光束23入射于一声光偏光器24上，声光偏光器24将输入光束分裂成多个输出光束30。一驱动电路28(亦简单地称为一「驱动器」)将一多频率驱动信号施加至一或多个压电换能器26，一或多个压电换能器26驱动偏光器24以便在将输入光束分裂成多个输出光束30的声光介质中产生声波。偏光器24可包括此项技术中已知的任何适合声光介质，包含诸如石英、二氧化碲(TeO₂)、锗或玻璃材料(诸如熔融二氧化硅或硫属化物玻璃)的结晶材料。可沿著特定较佳晶体方向切割结晶介质以获得所要声光性质(举例而言，在音速及双折射率方面)。换能器26可类似地包括通常经由一金属接合层附接至声光介质的一或多件任何适合压电材料(诸如铌酸锂)。驱动电路28的操作及驱动电路28所产生的驱动信号的细节呈现于以下图及以下说明中。

在所图示实施例中，一扫描镜32经由一扫描透镜34在一目标表面36上方扫描输出光束30。此种类的配置可用于多种应用中，诸如多光束雷射钻孔及印刷。虽然在此图中仅展示一单个镜32，但替代实施例(图中未展示)可采用可一起或独立地被扫描的双轴镜及/或此项技术中已知的任何其他适合类型的光束扫描器。在一替代实施例中，可串联部署两个声光偏光器，其中一者将输入光束23分裂成沿著一第一方向分离的多个输出光束，而另一者在正交方向上扫描光束。所有此等实施例可利用本文中所阐述的多频率驱动方案且被认为系在本发明的范畴内。

图2是根据本发明的一实施例的声光偏光器24的一示意性剖面图。此图图解说明由驱动电路28及压电换能器26提供的多频率驱动的效应及操作。来自驱动电路28的多频率驱动信号致使压电换能器26产生处于多个驱动频率的声波，该等声波传播穿过偏光器24中的声光介质。不同驱动频率中的每一者在晶体中建立处于一对应空间频率的一声光绕射光栅，亦即，晶体含有不同空间频率的多个经叠加光栅。

当输入光束23进入偏光器24时，偏光器中的光栅中的每一者以一不同角度(取决于光栅频率)使输入光束绕射。因此，偏光器24将输入光束23分裂成以对应于不同频率f₁、f₂…的不同角度θ₁、θ₂…的多个输出光束30。光学器件34将该等输出光束聚焦以在目标表面36上形成点1、2…的一对应阵列。藉由与输入光束23的脉冲适当同步而调变处于对应频率的信号的振幅，驱动电路26可控制由输入光束的每一脉冲产生的对应输出光束30的强度。更特定而言，驱动电路28可将对应频率分量接通或关断以便选择将在每一脉冲下产生的输出光束30的组合。另外或另一选择是，驱动电路26可调变分量频率f₁、f₂…以便调变对应角度θ₁、θ₂…且因此改变该等点在表面36上的位置。

图3是根据本发明的一实施例的具有附接至偏光器的声光介质的换能器40的一经定相阵列的声光偏光器24的一示意性剖面图。虽然在前述图中将换能器26展示为一整体区块，但在实践中，可以使用换能器40之一阵列的此方式实施本发明的所有实施例。

将驱动电路28概念性地图示为包括一频率产生器42，频率产生器42透过各别相移器44来驱动换能器40，使得将信号以不同各别相位偏移馈送至换能器。因此，传播穿过偏光器24的声介质的声波46的波前不平行于换能器40所附接至的介质的面。波前角度通常由相移器44的适当设定而选择，使得输入光束23与波前之间的角度θ满足针对给定驱动频率的布拉格条件，亦即，sinθ＝nλ2d，其中λ是输入光束的波长、n是绕射阶(通常n＝1)且d是处于给定频率的声波的波长。波前角度的此选择增强由偏光器24进行的绕射的效率，尤其在其中一被动延迟线无法良好地匹配相位差的远离f₀(在其下毗邻频道之间的相位差是零的频率)的频率下。下文参考图6进一步阐述用于设定毗邻换能器之间的相位偏移的准则。

在本文中所揭示的实施例中，驱动电路28将具有处于多个不同频率的频率分量的各别驱动多频率信号施加至压电换能器40。针对此等频率中的每一者，布拉格条件产生一不同绕射角度。因此，针对偏光器24在所有频率下的最佳效能，相移器44在换能器40中的每一者处针对每一频率施加一不同相位偏移。因此，该等频率下的声波46以不同各别波前角度传播穿过声光介质，该等不同各别波前角度经选择以便满足针对对应输出光束30的对应频率f₁、f₂…及偏光角度θ₁、θ₂…的各别布拉格条件。

图4是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明用于声光偏光器24的驱动电路28的功能组件的一方块图。驱动电路28的数位组件可通常实施于硬线或可程式化逻辑(诸如一可程式化闸阵列)中。虽然为概念性清晰起见而将图4中的区块展示为单独组件，但在实践中，可将此等组件的功能组合于一单个逻辑装置中。另一选择系，可将电路28的数位组件中的至少某些数位组件实施于在一电脑或专用微处理器上运行的软体中。

一频率选择区块50选择将在驱动偏光器24时施加的若干个基本频率f₁、f₂…以便产生以对应偏光角度θ₁、θ₂…的输出光束30。若将横向地扫描输出光束角度(如图1中所展示的系统20中)，则区块50可经程式化以随时间将此等频率中的每一者调变多达±Δf的一量，从而导致每一光束的角度扫描调变多达±Δθ。因此，通常区块50产生一系列频率向量，每一向量包括将在一特定时间施加至偏光器24以便产生以对应角度{θ_i+δθ_i}的m个输出光束30的数目m个基本频率值{f_i+δf_i}，其中δf_i及δθ_i分别是在范围±Δf及±Δθ内的频率及角度变化。在实践中，在系统20的总体频率范围Δf中可能存在N_max个单独输出光束，其中N_max＝Δf*D/V_s(其中D是光学孔径，且V_S是声介质中的音速)。频率移位±Δf是两个毗邻频率之间的范围(Δf＝2Δf*N_max)。通常，在N_max个可能光束的阵列内选择m个子光束。

图5A至图5E是根据本发明的实施例的示意性地图解说明声光偏光器24的输出光束30当中的强度变化的图表。此等图表图解说明偏光器24中的频率非线性对输出光束的各别强度的效应，其中可在图中的垂直轴上就输出光束强度的方差(标准偏差-STD)相对于输出光束的平均强度的比率而量化该效应。水平轴展示由频率选择区块50以各种频率选择方案产生的基本频率，所有该等频率选择方案皆包含十个基本频率。另一选择是，可使用较大或较小数目个基本频率。藉由针对所选择频率的集合多次测试光束强度而获得图表中的方差，其中随机选择的相位与该集合中的每一频率相关联。

图5A中的横条62展示当使用均等间隔开的基本频率(毗邻频率之间具有相对小间隔(约2MHz))的一集合时的强度方差。不同频率当中的和差效应导致以其他频率为代价的某些频率的增强，使得输出光束30的相对强度广泛地变化，多达100％。此种类的不受控制的强度变化在诸多多光束工业应用中是不适合的。可藉由将频率较远地散布开(如横条64所图解说明，以约6MHz的间隔，如图5B中所展示)而减小问题的严重性，但光束当中的实质强度变化仍存留。

图5C及图5D中的横条66及68图解说明另一方法，其中基本频率以随机间隔散布于可用范围(在本实例中60MHz至120MHz)内。此方法将输出光束30当中的强度方差减小至小于约20％，但此位准的变化对于精确应用而言仍是过高的。

在由图5E中的横条70所图解说明的方案中，基本频率经选择以便界定一哥伦布尺，意指无两对频率是间隔开相同距离。在系统20之间隔开Δf/(N_max-1)的N_max个可用解析度点内界定该尺。由于频率的此分布，因此任何给定对基本频率的和与差将不与任何其他对基本频率的各别和或差重合，且形式2*f₁-f₂或f₁+f₂-f₃的基本频率的组合将不与任何其他基本频率重合，但将落于横条70之间的间隔内。因此，如图5E中所展示，输出光束30之间的强度变化小于约2％。此仅是选自N_max个可用输出光束当中的一10光束尺的一项实例，且可界定将满足此等准则的具有不同尺频率分布的其他m光束尺。此外，可藉由添加处于尺频率的和差频率的具有经选择以便消除处于此等频率的寄生波的各别振幅及相位的频率分量、以类似于下文所阐述的谐波消除技术的一方式来消除声光偏光器24中的处于该等和差频率的寄生波。

现在返回至图4，区块50所选择的频率的集合由一谐波消除区块52进行补充。如上文所解释，偏光器24的声光介质中的非线性产生处于基本频率的倍数的谐波，且亦可能产生处于由基本频率之间的和与差给定的中间频率的波。此等非线性分量对偏光器24的效能具有一寄生效应，此乃因其在偏光器中形成致使输入光束23的能量的一部分将以不期望角度绕射的光栅分量。

区块52藉由将校正谐波频率分量添加至由区块50产生的频率向量而解决此问题。此等校正分量的各别振幅及相位经选择以便消除声光介质中的寄生(谐波及和/差)波。具体而言，区块52计算寄生波的预期振幅及相位，且添加寄生频率下的相同振幅但具有相反相位的校正分量。可基于偏光器24的行为的一数学模型而先验计算校正分量的振幅及相位或可以实证方式设定该等的校正分量的振幅及相位。在任一情形中，净结果将系寄生频率下的声光介质中的光栅分量的振幅的一实质减小，且因此输入光束能量的一较大部分至在所要角度方向上的输出光束30中的转移。

一相位调整区块54产生对应于由区块50及54提供的频率分量的时域样本的多个串流。每一串流被引导至换能器40中的一各别者且含有相同频率分量但具有不同各别相位偏移。根据每一频率下的偏光器24中的声波46的所要波前角度而选择此等相位偏移。通常，样本串流之间的相对相位偏移在整个频率范围内系不均匀的，而是随频率增加，使得波前角度同样随频率增加以便满足每一频率下的布拉格条件，如上文所解释。

具体而言，区块54可根据以下公式而设定不同频率下之相位偏移：

在此方程式中：

是频率f下的区块54的两个毗邻输出频道之间的相位差；

S是毗邻换能器40的中心之间的距离；

λ是光学光束波长；

V_s是声光介质中的声速；且

f₀是给出毗邻频道之间的零相位差且满足针对光学输出光束的布拉格条件的所施加频率。

图6是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明由区块54施加至换能器40的相位延迟的一图表。图中的一曲线72表示随频率而变的实际经量测相位延迟，其中f₀＝200MHZ。为进行比较，一线74展示针对一固定一米延迟线的随频率而变的相位延迟。由区块54提供的频率相依相位调整的益处在高频率下尤其明显。

返回至图4，区块50、52及54通常实施于数位逻辑及/或软体中，如上文所解释。将来自区块54的数位样本串流输入至一多通道数位转类比转换器56的各别通道，多通道数位转类比转换器56产生对应输出信号以驱动换能器40。假定频率分量及相位偏移的适当选择，换能器将产生处于不同基本频率且以不同波前角度的偏光器24中的声波之一叠加，而在声光介质中由非线性程序产生的寄生波将被抑制。

图7是示意性地展示当根据本发明的实施例驱动时的声光偏光器24的一频谱的一图表。具体而言，图表展示随偏光器的驱动频率而变的偏光器的绕射的效率(亦即，来自以所要角度绕射的输入光束23的可用能量的百分比)。

一第一曲线80展示当在不进行谐波消除且在换能器40之间具有由一固定延迟线设定的相位延迟的情况下(亦即，在区块52及54非作用的情况下)驱动偏光器24时的基线绕射效率。一第二曲线82展示藉由相位调整(区块54)的波前角度调整的效应，其主要(但非排他地)增强较高频率下的绕射效率。一第三曲线84展示主要在低频率下的效率的增强，此乃因藉由区块52的谐波消除。净结果是偏光器24的有效频宽达约50％之一增强。

图8是根据本发明的一实施例的示意性地图解说明用于等化来自声光偏光器24的输出光束30当中的强度的一方法的一流程图。在系统20的诸多应用(诸如雷射印刷及机械加工)中，输出光束30具有相等(以在一预定义容差内)的各别强度是重要的。图8的方法可由驱动器28应用于设定驱动信号的频率分量的相对振幅以便满足此准则。虽然可基于一所计算模型而先验进行此等设定，但在实践中，使用一适合量测装置(举例而言，一相机(图中未展示))量测所产生输出光束30的实际强度作为至校准阶段中的当前等化演算法的一输入通常是较佳的。

可针对出自尺频率的集合的可能驱动频率的每一非空子集而执行图8的方法。针对每一此子集，产生一系列解，其中在一迭代程序中每一解产生具有比先前解所产生的光束的强度稍微强的强度的一组等化强度输出光束。换言之，每一逐次解使用先前解作为一起始点。就其绕射效率而表达该等强度，且将目标效率E的列表(针对逐次迭代)连同所淮许解容差Δ提供为至程序的一输入。

计算以最小目标强度(或效率)开始，其中驱动信号的频率分量设定为相等小振幅。驱动电路28施加具有m个不同频率分量下的m个振幅之一向量X₀的一驱动信号，且量测装置在一量测步骤90处量测m个输出光束30的各别光学强度之一向量M。一处理器(未展示)计算M内(亦即，所有光束内)的平均效率M_avg，且在一效率评估步骤92处评估M中的效率中的每一者与M_avg的偏差。

若在步骤92处计算的最大偏差大于Δ，则在增量量测步骤94处采取一额外量测M_p(其中输入振幅设定为[X₀·(1+δ)])，且采取另一量测M_m(其中输入振幅设定为[X₀·(1-δ)])。(此处δ是一小增量，其取决于量测程序中的杂讯量，举例而言δ＝0.05)。假定经量测强度(M_p,M_m)及自X₀的相对改变，处理器然后针对每一光束单独地拟合一线性模型，且在一模型化步骤96处针对每一光束i对该模型进行求解以找到应产生目标效率E的相对改变u_i。(另一选择是，可在步骤94处采取较大数目个量测，且处理器可然后计算一高阶模型(诸如一个二次式模型)。)将U采取为所有所计算改变u_i的向量，处理器在一振幅更新步骤98处计算向量

(其中针对每一光束单独地进行乘法运算)。将该结果用作振幅向量X₀以用于通过步骤90的下一迭代。

当在步骤92处发现M中的所量测强度与M_avg的最大偏差小于Δ时，处理器在一效率评估步骤100处检查当前解X₀以针对当前迭代判定M是否在自目标效率E的容差Δ内。若该解不在自E的容差Δ内，则在一振幅更新步骤102处根据(举例而言)值

更新当前振幅向量X₀。(另一选择是，可在此步骤处使用其他更新，诸如E/M_avg的不同指数。)该程序然后再次返回至步骤90。

当在步骤100处发现M在E的Δ内时，处理器在一列表检查步骤104处检查是否已到达目标效率E的整个列表。若否，则当前向量X₀变为起始点以用于通过前述步骤的下一迭代，其中在一效率更新步骤106处将E设定为列表中的下一目标效率。当已到达列表中的最后效率值时，等化程序在一终止步骤108处结束。然而，若选择一不切实际的目标效率，则该程序可在到达步骤108之前失败。

将了解，以实例的方式引用上文所阐述的实施例，且本发明不限于上文中特别展示及阐述的内容。而是，本发明的范畴包含上文中所阐述的各种特征的组合及子组合两者，以及熟习此项技术者在阅读上述说明后将联想到且在先前技术中未揭示的对该等各种特征的更改及修改。

Claims (19)

1.一种声光设备，其包括：

一声光介质；

多个压电换能器的阵列，其附接至该声光介质；及

一驱动电路，其经耦合以将驱动信号施加至该多个压电换能器，在该多个压电换能器中的每一者处，该驱动信号至少包括处于不同第一及第二频率的第一及第二频率分量且针对该第一及第二频率分量具有不同相位偏移；

其中由该驱动电路施加的该驱动信号进一步包括一或多个谐波频率分量，该一或多个谐波频率分量具有经选择的振幅及相位，以便消除在该声光介质中由于该第一及第二频率分量中的至少一者而在该第一及第二频率中的至少一者的倍数下产生的谐波。

2.根据权利要求1所述的设备，其中在该第一及第二频率下的该相位偏移经选择使得处于该第一及第二频率的声波以不同第一及第二波前角度传播穿过该声光介质。

3.根据权利要求2所述的设备，其中该声光介质经组态以接收一输入辐射光束且将该输入辐射光束分裂成至少第一及第二输出光束，该至少第一及第二输出光束处于由该第一及第二频率判定的第一及第二光束角度，且其中该第一及第二波前角度经选择以便满足在该第一及第二光束角度下的布拉格条件。

4.根据权利要求1所述的设备，其中由该驱动电路施加的该驱动信号进一步包括处于一第三频率、具有不同于该第一及第二频率分量的一相位偏移的至少一第三频率分量。

5.根据权利要求4所述的设备，其中该第一、第二及第三频率界定一哥伦布尺。

6.根据权利要求1所述的设备，且其包括一辐射源，该辐射源经组态以引导一输入辐射光束入射于该声光介质上，其中该声光介质经组态以将该输入辐射光束分裂成多个输出光束，该多个输出光束处于由该第一及第二频率分量的该频率判定的光束角度。

7.根据权利要求6所述的设备，其中该驱动信号的该第一及第二频率分量具有经选择使得该多个输出光束具有相等强度的不同振幅。

8.一种声光设备，其包括：

一声光介质，其经组态以接收一输入辐射光束；

至少一个压电换能器，其附接至该声光介质；及

一驱动电路，其经耦合以将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包括具有第一、第二及第三频率的至少三个频率分量，该第一、第二及第三频率界定一哥伦布尺且经选择以便致使该声光介质将该输入辐射光束分裂成多个输出光束，该多个输出光束处于由该第一、第二及第三频率判定的光束角度；

其中由该驱动电路施加的该驱动信号进一步包括一或多个谐波频率分量，该一或多个谐波频率分量具有经选择的振幅及相位，以便消除在该声光介质中在该至少三个频率分量的该第一、第二及第三频率中的至少一者的倍数下产生的谐波。

9.根据权利要求8所述的设备，其中该驱动信号的该至少三个频率分量具有经选择使得该多个输出光束具有相等强度的不同振幅。

10.一种声光设备，其包括：

一声光介质，其经组态以接收一输入辐射光束；

至少一个压电换能器，其附接至该声光介质；及

一驱动电路，其经耦合以将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包括多个频率分量，该多个频率分量至少包括：

处于第一及第二基本频率的第一及第二基本分量，该第一及第二基本频率经选择以便致使该声光介质将该输入辐射光束分裂成第一及第二输出光束，该第一及第二输出光束处于由该第一及第二基本频率判定的光束角度；及

一或多个谐波频率分量，其具有经选择的振幅及相位，以便消除该声光介质中的处于该第一及第二基本频率的倍数的谐波。

11.一种声光方法，其包括：

引导一输入辐射光束入射于一声光介质上，多个压电换能器的阵列附接至该声光介质；及

将驱动信号施加至该多个压电换能器，在该多个压电换能器中的每一者处，该驱动信号至少包括处于不同第一及第二频率的第一及第二频率分量且针对该第一及第二频率分量具有不同相位偏移，以便致使该声光介质将该输入辐射光束分裂成至少第一及第二输出光束，该至少第一及第二输出光束处于由该第一及第二频率判定的光束角度；

其中施加该驱动信号进一步包括：施加一或多个谐波频率分量，该一或多个谐波频率分量具有经选择的振幅及相位，以便消除在该声光介质中由于该第一及第二频率分量中的至少一者而在该第一及第二频率中的至少一者的倍数下产生的谐波。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在该第一及第二频率下的该相位偏移经选择使得处于该第一及第二频率的声波以不同第一及第二波前角度传播穿过该声光介质。

13.根据权利要求12所述的方法，其中该第一及第二波前角度经选择以便满足在第一及第二光束角度下的布拉格条件。

14.根据权利要求11所述的方法，其中施加该驱动信号进一步包括施加处于一第三频率、具有不同于该第一及第二频率分量的一相位偏移的至少一第三频率分量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中该第一、第二及第三频率界定一哥伦布尺。

16.根据权利要求11所述的方法，其中施加该驱动信号包括：设定该驱动信号的该第一及第二频率分量，以具有经选择使得该至少第一及第二输出光束具有相等强度的不同振幅。

17.一种声光方法，其包括：

引导一输入辐射光束入射于一声光介质上，至少一个压电换能器附接至该声光介质；及

将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包括具有第一、第二及第三频率的至少三个频率分量，该第一、第二及第三频率界定一哥伦布尺且经选择以便致使该声光介质将该输入辐射光束分裂成多个输出光束，该多个输出光束处于由该第一、第二及第三频率判定的光束角度；

其中施加该驱动信号进一步包括：施加一或多个谐波频率分量，该一或多个谐波频率分量具有经选择的振幅及相位，以便消除在该声光介质中在该至少三个频率分量的该第一、第二及第三频率中的至少一者的倍数下产生的谐波。

18.根据权利要求17所述的方法，其中施加该驱动信号包括：将设定驱动信号的该至少三个频率分量，以具有经选择使得该多个输出光束具有相等强度的不同振幅。

19.一种声光方法，其包括：

引导一输入辐射光束入射于一声光介质上，至少一个压电换能器附接至该声光介质；及

将一驱动信号施加至该至少一个压电换能器，该驱动信号包括多个频率分量，该多个频率分量至少包括：

处于第一及第二基本频率的第一及第二基本分量，该第一及第二基本频率经选择以便致使该声光介质将该输入辐射光束分裂成第一及第二输出光束，该第一及第二输出光束处于由该第一及第二基本频率判定的光束角度；及

一或多个谐波频率分量，其具有经选择的振幅及相位，以便消除该声光介质中的处于该第一及第二基本频率的倍数的谐波。

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