本發(fā)明一般而言是關(guān)于光學(xué)裝置及系統(tǒng)，且特定而言是關(guān)于聲光裝置。

背景技術(shù)：

聲光裝置使用音波來(lái)使光繞射。在此種類的一典型裝置中，將一換能器(諸如一壓電換能器)附接至一聲光介質(zhì)(通常一適合透明晶體或玻璃)。換能器由一電信號(hào)驅(qū)動(dòng)以在一特定頻率下振動(dòng)，且因此在聲光介質(zhì)中形成音波。由于該等音波的聲光介質(zhì)的膨脹及壓縮調(diào)變局部折射率且因此在介質(zhì)內(nèi)形成具有由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率判定的一周期的一光柵結(jié)構(gòu)。入射于此光柵上的一光束將因此在其通過(guò)裝置時(shí)繞射。

各種類型的聲光裝置是為此項(xiàng)技術(shù)中所已知。舉例而言，聲光偏光器使用入射光束的繞射來(lái)操縱輸出光束的角度。輸出光束的偏光角度取決于聲光材料中的光柵結(jié)構(gòu)的周期且可因此藉由適當(dāng)?shù)刈兓?qū)動(dòng)信號(hào)頻率而調(diào)整。

可利用一多頻率驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光偏光器以便將入射光束繞射成以不同各別角度的多個(gè)輸出光束。舉例而言，由hecht在以引用的方式并入本文中的「multifrequencyacoustoopticdiffraction」(ieee聲學(xué)及超聲學(xué)會(huì)刊(ieeetransactionsonsonicsandultrasonics)，su-24，第7頁(yè)至第18頁(yè)(1977))中及由antonov等人在同樣以引用的方式并入本文中的「efficientmultiple-beambraggacoustoopticdiffractionwithphaseoptimizationofamultifrequencyacousticwave」(技術(shù)物理學(xué)(technicalphysics)，52:8，第1053頁(yè)至第1060頁(yè)(2007))中闡述此種類的多頻率驅(qū)動(dòng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

亦已在專利文獻(xiàn)中闡述具有多個(gè)輸出光束的聲光裝置。舉例而言，美國(guó)專利第5,890,789號(hào)闡述一種多光束發(fā)射裝置，該多光束發(fā)射裝置利用具有不同頻率的復(fù)數(shù)個(gè)電信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、使用一光學(xué)波導(dǎo)類型聲光元件或諸如此類來(lái)將自一光源發(fā)射的一光束分裂成復(fù)數(shù)個(gè)光束。作為另一實(shí)例，美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案第2009/0073544號(hào)闡述一種用于光學(xué)分裂及單色相干電磁輻射的調(diào)變的裝置，其中一聲光元件將由一光束源產(chǎn)生的光束分裂成若干個(gè)部分光束。安置于聲光元件的下游的一聲光調(diào)變器被饋送分裂的部分光束且利用額外高頻率電信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

作為又另一實(shí)例，美國(guó)專利第5,255,257號(hào)闡述一種電子電路，該電子電路據(jù)稱允許一聲光偏光器在高功率位準(zhǔn)下用于多頻率模式(每一頻率之間具有一最小量的相互調(diào)變)中。藉由精確控制相對(duì)于一共同參考頻率的每一單獨(dú)頻率的個(gè)別定相而達(dá)成多個(gè)單獨(dú)信號(hào)頻率之間的干擾的減小。亦控制每一頻率的相對(duì)相位使得針對(duì)呈現(xiàn)給聲光偏光器的經(jīng)組合信號(hào)達(dá)成一低最大功率而無(wú)需降低多個(gè)信號(hào)頻率的總體平均功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供用于光學(xué)偏光的經(jīng)改良裝置及方法。

因此，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種光學(xué)設(shè)備，其包含一聲光介質(zhì)及附接至該聲光介質(zhì)的多個(gè)壓電換能器之一陣列。一驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)耦合以將各別驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至該等壓電換能器，在該多個(gè)壓電換能器中的每一者處，該等各別驅(qū)動(dòng)信號(hào)至少包含處于不同各別第一及第二頻率的第一及第二頻率分量且針對(duì)該等第一及第二頻率分量具有不同各別相位偏移。

通常，在該等第一及第二頻率下的該等各別相位偏移經(jīng)選擇使得處于該等第一及第二頻率的聲波以不同各別第一及第二波前角度傳播穿過(guò)該聲光介質(zhì)。在一所揭示實(shí)施例中，該聲光介質(zhì)經(jīng)組態(tài)以接收一輸入輻射光束且將該輸入光束分裂成處于由該等第一及第二頻率判定的各別第一及第二光束角度的至少第一及第二輸出光束，且其中該等第一及第二波前角度經(jīng)選擇以便滿足在該等第一及第二光束角度下的各別布拉格(bragg)條件。

在某些實(shí)施例中，由該驅(qū)動(dòng)電路施加的該等驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)一步包含處于一第三頻率、具有不同于該等第一及第二頻率分量的一相位偏移的至少一第三頻率分量。該至少第一、第二及第三頻率可界定一哥倫布(golomb)尺。

在一所揭示實(shí)施例中，由該驅(qū)動(dòng)電路施加的該等驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)一步包含一或多個(gè)諧波頻率分量，該一或多個(gè)諧波頻率分量具有經(jīng)選擇以便消除在該聲光介質(zhì)中由于該等第一及第二頻率分量中的至少一者而在該等第一及第二頻率中的至少一者之一倍數(shù)下產(chǎn)生的諧波的各別振幅及相位。

在某些實(shí)施例中，該設(shè)備包含一輻射源，該輻射源經(jīng)組態(tài)以引導(dǎo)一輸入輻射光束入射于該聲光介質(zhì)上的，其中該聲光介質(zhì)經(jīng)組態(tài)以將該輸入光束分裂成處于由該至少第一及第二頻率分量的該等各別頻率判定的各別光束角度的多個(gè)輸出光束。該等驅(qū)動(dòng)信號(hào)的該至少第一及第二頻率分量具有經(jīng)選擇使得該多個(gè)輸出光束具有相等各別強(qiáng)度的不同各別振幅。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例亦提供一種光學(xué)設(shè)備，其包含經(jīng)組態(tài)以接收一輸入輻射光束的一聲光介質(zhì)及附接至該聲光介質(zhì)的至少一個(gè)壓電換能器。一驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)藕合以將一驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至該至少一個(gè)壓電換能器，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含具有各別頻率的至少三個(gè)頻率分量，該等各別頻率界定一哥倫布尺且經(jīng)選擇以便致使該聲光介質(zhì)將該輸入光束分裂成處于由該等各別頻率判定的各別光束角度的多個(gè)輸出光束。

由該驅(qū)動(dòng)電路施加的該驅(qū)動(dòng)信號(hào)可進(jìn)一步包含一或多個(gè)諧波頻率分量，該一或多個(gè)諧波頻率分量具有經(jīng)選擇以便消除在該聲光介質(zhì)中在該至少三個(gè)頻率分量的該等各別頻率中的至少一者之一倍數(shù)下產(chǎn)生的諧波的各別振幅及相位。另外或另一選擇是，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的該至少三個(gè)頻率分量具有經(jīng)選擇使得該多個(gè)輸出光束具有相等各別強(qiáng)度的不同各別振幅。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例另外提供一種光學(xué)設(shè)備，其包含經(jīng)組態(tài)以接收一輸入輻射光束的一聲光介質(zhì)及附接至該聲光介質(zhì)的至少一個(gè)壓電換能器。一驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)耦合以將一驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至該至少一個(gè)壓電換能器，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含多個(gè)頻率分量，該多個(gè)頻率分量至少包含：處于各別第一及第二基本頻率的第一及第二基本分量，該等各別第一及第二基本頻率經(jīng)選擇以便致使該聲光介質(zhì)將該輸入光束分裂成處于由該等第一及第二基本頻率判定的各別光束角度的第一及第二輸出光束；及一或多個(gè)諧波頻率分量，其具有經(jīng)選擇以便消除該聲光介質(zhì)中的處于該等基本頻率的各別倍數(shù)的諧波的各別振幅及相位。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例進(jìn)一步提供一種光學(xué)方法，其包含引導(dǎo)一輸入輻射光束入射于一聲光介質(zhì)上，多個(gè)壓電換能器之一陣列附接至該聲光介質(zhì)。將各別驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至該等壓電換能器，在該多個(gè)壓電換能器中的每一者處，該等各別驅(qū)動(dòng)信號(hào)至少包含處于不同各別第一及第二頻率的第一及第二頻率分量且針對(duì)該等第一及第二頻率分量具有不同各別相位偏移，以便致使該聲光介質(zhì)將該輸入光束分裂成處于由該等各別第一及第二頻率判定的各別光束角度的至少第一及第二輸出光束。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例此外提供一種光學(xué)方法，其包含引導(dǎo)一輸入輻射光束入射于一聲光介質(zhì)上，至少一個(gè)壓電換能器附接至該聲光介質(zhì)。將一驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至該至少一個(gè)壓電換能器，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含具有各別頻率的至少三個(gè)頻率分量，該等各別頻率界定一哥倫布尺且經(jīng)選擇以便致使該聲光介質(zhì)將該輸入光束分裂成處于由該等各別頻率判定的各別光束角度的多個(gè)輸出光束。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例此外提供一種光學(xué)方法，其包含引導(dǎo)一輸入輻射光束入射于一聲光介質(zhì)上，至少一個(gè)壓電換能器附接至該聲光介質(zhì)。將一驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至該至少一個(gè)壓電換能器，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含多個(gè)頻率分量，該多個(gè)頻率分量至少包含：處于各別第一及第二基本頻率的第一及第二基本分量，該等各別第一及第二基本頻率經(jīng)選擇以便致使該聲光介質(zhì)將該輸入光束分裂成處于由該等第一及第二基本頻率判定的各別光束角度的第一及第二輸出光束；及一或多個(gè)諧波頻率分量，其具有經(jīng)選擇以便消除該聲光介質(zhì)中的處于該等基本頻率的各別倍數(shù)的諧波的各別振幅及相位。

依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明連同圖式將更全面地理解本發(fā)明，其中：

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一多光束偏光系統(tǒng)之一示意性圖形圖解說(shuō)明；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于產(chǎn)生多個(gè)輸出光束之一聲光偏光器的一示意性剖面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的由換能器的一經(jīng)定相陣列驅(qū)動(dòng)的一聲光偏光器的一示意性剖面圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明用于一聲光偏光器的一多頻率驅(qū)動(dòng)電路的一方塊圖；

圖5a至圖5e是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明一多光束聲光偏光器的輸出光束當(dāng)中的強(qiáng)度變化的圖表；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明施加至換能器的一陣列的相位延遲的一圖表；

圖7是示意性地展示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例驅(qū)動(dòng)的一聲光偏光器的一頻譜的一圖表；及

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明用于等化來(lái)自一聲光偏光器的多個(gè)輸出光束當(dāng)中的強(qiáng)度之一方法的一流程圖。

具體實(shí)施方式

概述

由于其高速度及角度范圍，因此聲光裝置是用于使用一單個(gè)輸入輻射源來(lái)產(chǎn)生光學(xué)輻射的多個(gè)光束且使光學(xué)輻射的多個(gè)光束偏光的有吸引力的裝置。然而，很大程度上由于調(diào)變器的聲光回應(yīng)中的低繞射效率及非線性的問(wèn)題，因此尚未在實(shí)踐中廣泛地采用此等裝置。此等非線性導(dǎo)致在聲光調(diào)變器中產(chǎn)生處于驅(qū)動(dòng)頻率的諧波及處于和差頻率的波，從而導(dǎo)致至不期望繞射階的光束功率的損失及對(duì)不同輸出光束的功率位淮的不良控制。

本文中所闡述的本發(fā)明的實(shí)施例解決此等問(wèn)題且因此使得一聲光裝置能夠以高效率及對(duì)分布至輸出光束的功率的精確控制而產(chǎn)生多個(gè)輸出光束。在所揭示實(shí)施例中，此一裝置包括接收一輸入輻射光束的一聲光介質(zhì)及附接至該聲光介質(zhì)的至少一個(gè)壓電換能器。一驅(qū)動(dòng)電路將包括具有新穎有利性質(zhì)的多個(gè)頻率分量之一驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至壓電換能器(或換能器)。在所揭示實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括處于各別基本頻率的多個(gè)基本分量，該等各別基本頻率經(jīng)選擇以便致使聲光介質(zhì)將輸入光束分裂成處于由對(duì)應(yīng)基本頻率判定的各別光束角度的多個(gè)輸出光束。驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的此等頻率可經(jīng)調(diào)變以便操縱輸出光束。

在某些實(shí)施例中，為排除由如上文所解釋的非線性引起的問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)信號(hào)亦包括諧波頻率分量，該等諧波頻率分量具有經(jīng)選擇以便消除聲光介質(zhì)中的處于基本頻率的倍數(shù)的諧波的各別振幅及相位。因此，來(lái)自輸入光束的原本會(huì)由于此等諧波而損失至處于不期望角度的寄生光束的能量替代地被輸送至所要輸出光束中。

另外或另一選擇是，可應(yīng)用此種類的信號(hào)消除技術(shù)來(lái)抑制以對(duì)應(yīng)于基本頻率的和與差的角度的寄生繞射。然而，當(dāng)基本頻率均等地間隔開(kāi)或甚至隨機(jī)地間隔開(kāi)時(shí)，特定和差頻率可與基本頻率中的一或多者重合，從而導(dǎo)致輸出光束當(dāng)中的難以控制的振幅的變化。為確保和差頻率與基本頻率良好地分離，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，基本頻率經(jīng)選擇以便界定其中無(wú)兩對(duì)頻率是間隔開(kāi)相同距離的一哥倫布尺。

在某些實(shí)施例中，多個(gè)壓電換能器之一陣列附接至聲光介質(zhì)且驅(qū)動(dòng)為一經(jīng)定相陣列。出于此目的，驅(qū)動(dòng)電路施加在多個(gè)換能器中的每一者處包括處于各種頻率的分量(如上文所闡述)、針對(duì)不同頻率分量具有不同各別相位偏移的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此等相位偏移通常經(jīng)選擇使得不同頻率下的聲波以不同各別波前角度傳播穿過(guò)聲光介質(zhì)。該等波前角度可經(jīng)選擇(藉由相位偏移的適當(dāng)選擇)使得以其不同各別光束角度的多個(gè)輸出光束滿足此等光束角度下的各別布拉格條件。

系統(tǒng)說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一多光束偏光系統(tǒng)20的一示意性圖形圖解說(shuō)明。一輻射源(諸如一雷射22)發(fā)射可包括可見(jiàn)、紫外線或紅外線輻射的脈沖或連續(xù)的光學(xué)輻射的一單個(gè)輸入光束23。輸入光束23入射于一聲光偏光器24上，聲光偏光器24將輸入光束分裂成多個(gè)輸出光束30。一驅(qū)動(dòng)電路28(亦簡(jiǎn)單地稱為一「驅(qū)動(dòng)器」)將一多頻率驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至一或多個(gè)壓電換能器26，一或多個(gè)壓電換能器26驅(qū)動(dòng)偏光器24以便在將輸入光束分裂成多個(gè)輸出光束30的聲光介質(zhì)中產(chǎn)生聲波。偏光器24可包括此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何適合聲光介質(zhì)，包含諸如石英、二氧化碲(teo2)、鍺或玻璃材料(諸如熔融二氧化硅或硫?qū)倩锊Ａ?的結(jié)晶材料?？裳刂囟ㄝ^佳晶體方向切割結(jié)晶介質(zhì)以獲得所要聲光性質(zhì)(舉例而言，在音速及雙折射率方面)。換能器26可類似地包括通常經(jīng)由一金屬接合層附接至聲光介質(zhì)的一或多件任何適合壓電材料(諸如鈮酸鋰)。驅(qū)動(dòng)電路28的操作及驅(qū)動(dòng)電路28所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)于以下圖及以下說(shuō)明中。

在所圖示實(shí)施例中，一掃描鏡32經(jīng)由一掃描透鏡34在一目標(biāo)表面36上方掃描輸出光束30。此種類的配置可用于多種應(yīng)用中，諸如多光束雷射鉆孔及印刷。雖然在此圖中僅展示一單個(gè)鏡32，但替代實(shí)施例(圖中未展示)可采用可一起或獨(dú)立地被掃描的雙軸鏡及/或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其他適合類型的光束掃描器。在一替代實(shí)施例中，可串聯(lián)部署兩個(gè)聲光偏光器，其中一者將輸入光束23分裂成沿著一第一方向分離的多個(gè)輸出光束，而另一者在正交方向上掃描光束。所有此等實(shí)施例可利用本文中所闡述的多頻率驅(qū)動(dòng)方案且被認(rèn)為系在本發(fā)明的范疇內(nèi)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的聲光偏光器24的一示意性剖面圖。此圖圖解說(shuō)明由驅(qū)動(dòng)電路28及壓電換能器26提供的多頻率驅(qū)動(dòng)的效應(yīng)及操作。來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路28的多頻率驅(qū)動(dòng)信號(hào)致使壓電換能器26產(chǎn)生處于多個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率的聲波，該等聲波傳播穿過(guò)偏光器24中的聲光介質(zhì)。不同驅(qū)動(dòng)頻率中的每一者在晶體中建立處于一對(duì)應(yīng)空間頻率的一聲光繞射光柵，亦即，晶體含有不同空間頻率的多個(gè)經(jīng)疊加光柵。

當(dāng)輸入光束23進(jìn)入偏光器24時(shí)，偏光器中的光柵中的每一者以一不同角度(取決于光柵頻率)使輸入光束繞射。因此，偏光器24將輸入光束23分裂成以對(duì)應(yīng)于不同頻率f1、f2…的不同角度θ1、θ2…的多個(gè)輸出光束30。光學(xué)器件34將該等輸出光束聚焦以在目標(biāo)表面36上形成點(diǎn)1、2…的一對(duì)應(yīng)陣列。藉由與輸入光束23的脈沖適當(dāng)同步而調(diào)變處于對(duì)應(yīng)頻率的信號(hào)的振幅，驅(qū)動(dòng)電路26可控制由輸入光束的每一脈沖產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)輸出光束30的強(qiáng)度。更特定而言，驅(qū)動(dòng)電路28可將對(duì)應(yīng)頻率分量接通或關(guān)斷以便選擇將在每一脈沖下產(chǎn)生的輸出光束30的組合。另外或另一選擇是，驅(qū)動(dòng)電路26可調(diào)變分量頻率f1、f2…以便調(diào)變對(duì)應(yīng)角度θ1、θ2…且因此改變?cè)摰赛c(diǎn)在表面36上的位置。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有附接至偏光器的聲光介質(zhì)的換能器40的一經(jīng)定相陣列的聲光偏光器24的一示意性剖面圖。雖然在前述圖中將換能器26展示為一整體區(qū)塊，但在實(shí)踐中，可以使用換能器40之一陣列的此方式實(shí)施本發(fā)明的所有實(shí)施例。

將驅(qū)動(dòng)電路28概念性地圖示為包括一頻率產(chǎn)生器42，頻率產(chǎn)生器42透過(guò)各別相移器44來(lái)驅(qū)動(dòng)換能器40，使得將信號(hào)以不同各別相位偏移饋送至換能器。因此，傳播穿過(guò)偏光器24的聲介質(zhì)的聲波46的波前不平行于換能器40所附接至的介質(zhì)的面。波前角度通常由相移器44的適當(dāng)設(shè)定而選擇，使得輸入光束23與波前之間的角度θ滿足針對(duì)給定驅(qū)動(dòng)頻率的布拉格條件，亦即，sinθ＝nλ2d，其中λ是輸入光束的波長(zhǎng)、n是繞射階(通常n＝1)且d是處于給定頻率的聲波的波長(zhǎng)。波前角度的此選擇增強(qiáng)由偏光器24進(jìn)行的繞射的效率，尤其在其中一被動(dòng)延遲線無(wú)法良好地匹配相位差的遠(yuǎn)離f0(在其下毗鄰頻道之間的相位差是零的頻率)的頻率下。下文參考圖6進(jìn)一步闡述用于設(shè)定毗鄰換能器之間的相位偏移的準(zhǔn)則。

在本文中所揭示的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路28將具有處于多個(gè)不同頻率的頻率分量的各別驅(qū)動(dòng)多頻率信號(hào)施加至壓電換能器40。針對(duì)此等頻率中的每一者，布拉格條件產(chǎn)生一不同繞射角度。因此，針對(duì)偏光器24在所有頻率下的最佳效能，相移器44在換能器40中的每一者處針對(duì)每一頻率施加一不同相位偏移。因此，該等頻率下的聲波46以不同各別波前角度傳播穿過(guò)聲光介質(zhì)，該等不同各別波前角度經(jīng)選擇以便滿足針對(duì)對(duì)應(yīng)輸出光束30的對(duì)應(yīng)頻率f1、f2…及偏光角度θ1、θ2…的各別布拉格條件。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明用于聲光偏光器24的驅(qū)動(dòng)電路28的功能組件的一方塊圖。驅(qū)動(dòng)電路28的數(shù)位組件可通常實(shí)施于硬線或可程式化邏輯(諸如一可程式化閘陣列)中。雖然為概念性清晰起見(jiàn)而將圖4中的區(qū)塊展示為單獨(dú)組件，但在實(shí)踐中，可將此等組件的功能組合于一單個(gè)邏輯裝置中。另一選擇系，可將電路28的數(shù)位組件中的至少某些數(shù)位組件實(shí)施于在一電腦或?qū)Ｓ梦⑻幚砥魃线\(yùn)行的軟體中。

一頻率選擇區(qū)塊50選擇將在驅(qū)動(dòng)偏光器24時(shí)施加的若干個(gè)基本頻率f1、f2…以便產(chǎn)生以對(duì)應(yīng)偏光角度θ1、θ2…的輸出光束30。若將橫向地掃描輸出光束角度(如圖1中所展示的系統(tǒng)20中)，則區(qū)塊50可經(jīng)程式化以隨時(shí)間將此等頻率中的每一者調(diào)變多達(dá)±δf的一量，從而導(dǎo)致每一光束的角度掃描調(diào)變多達(dá)±δθ。因此，通常區(qū)塊50產(chǎn)生一系列頻率向量，每一向量包括將在一特定時(shí)間施加至偏光器24以便產(chǎn)生以對(duì)應(yīng)角度{θi+δθi}的m個(gè)輸出光束30的數(shù)目m個(gè)基本頻率值{fi+δfi}，其中δfi及δθi分別是在范圍±δf及±δθ內(nèi)的頻率及角度變化。在實(shí)踐中，在系統(tǒng)20的總體頻率范圍δf中可能存在nmax個(gè)單獨(dú)輸出光束，其中nmax＝δf*d/vs(其中d是光學(xué)孔徑，且vs是聲介質(zhì)中的音速)。頻率移位±δf是兩個(gè)毗鄰頻率之間的范圍(δf＝2δf*nmax)。通常，在nmax個(gè)可能光束的陣列內(nèi)選擇m個(gè)子光束。

圖5a至圖5e是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明聲光偏光器24的輸出光束30當(dāng)中的強(qiáng)度變化的圖表。此等圖表圖解說(shuō)明偏光器24中的頻率非線性對(duì)輸出光束的各別強(qiáng)度的效應(yīng)，其中可在圖中的垂直軸上就輸出光束強(qiáng)度的方差(標(biāo)準(zhǔn)偏差-std)相對(duì)于輸出光束的平均強(qiáng)度的比率而量化該效應(yīng)。水平軸展示由頻率選擇區(qū)塊50以各種頻率選擇方案產(chǎn)生的基本頻率，所有該等頻率選擇方案皆包含十個(gè)基本頻率。另一選擇是，可使用較大或較小數(shù)目個(gè)基本頻率。藉由針對(duì)所選擇頻率的集合多次測(cè)試光束強(qiáng)度而獲得圖表中的方差，其中隨機(jī)選擇的相位與該集合中的每一頻率相關(guān)聯(lián)。

圖5a中的橫條62展示當(dāng)使用均等間隔開(kāi)的基本頻率(毗鄰頻率之間具有相對(duì)小間隔(約2mhz))的一集合時(shí)的強(qiáng)度方差。不同頻率當(dāng)中的和差效應(yīng)導(dǎo)致以其他頻率為代價(jià)的某些頻率的增強(qiáng)，使得輸出光束30的相對(duì)強(qiáng)度廣泛地變化，多達(dá)100％。此種類的不受控制的強(qiáng)度變化在諸多多光束工業(yè)應(yīng)用中是不適合的。可藉由將頻率較遠(yuǎn)地散布開(kāi)(如橫條64所圖解說(shuō)明，以約6mhz的間隔，如圖5b中所展示)而減小問(wèn)題的嚴(yán)重性，但光束當(dāng)中的實(shí)質(zhì)強(qiáng)度變化仍存留。

圖5c及圖5d中的橫條66及68圖解說(shuō)明另一方法，其中基本頻率以隨機(jī)間隔散布于可用范圍(在本實(shí)例中60mhz至120mhz)內(nèi)。此方法將輸出光束30當(dāng)中的強(qiáng)度方差減小至小于約20％，但此位準(zhǔn)的變化對(duì)于精確應(yīng)用而言仍是過(guò)高的。

在由圖5e中的橫條70所圖解說(shuō)明的方案中，基本頻率經(jīng)選擇以便界定一哥倫布尺，意指無(wú)兩對(duì)頻率是間隔開(kāi)相同距離。在系統(tǒng)20之間隔開(kāi)δf/(nmax-1)的nmax個(gè)可用解析度點(diǎn)內(nèi)界定該尺。由于頻率的此分布，因此任何給定對(duì)基本頻率的和與差將不與任何其他對(duì)基本頻率的各別和或差重合，且形式2*f1-f2或f1+f2-f3的基本頻率的組合將不與任何其他基本頻率重合，但將落于橫條70之間的間隔內(nèi)。因此，如圖5e中所展示，輸出光束30之間的強(qiáng)度變化小于約2％。此僅是選自nmax個(gè)可用輸出光束當(dāng)中的一10光束尺的一項(xiàng)實(shí)例，且可界定將滿足此等準(zhǔn)則的具有不同尺頻率分布的其他m光束尺。此外，可藉由添加處于尺頻率的和差頻率的具有經(jīng)選擇以便消除處于此等頻率的寄生波的各別振幅及相位的頻率分量、以類似于下文所闡述的諧波消除技術(shù)的一方式來(lái)消除聲光偏光器24中的處于該等和差頻率的寄生波。

現(xiàn)在返回至圖4，區(qū)塊50所選擇的頻率的集合由一諧波消除區(qū)塊52進(jìn)行補(bǔ)充。如上文所解釋，偏光器24的聲光介質(zhì)中的非線性產(chǎn)生處于基本頻率的倍數(shù)的諧波，且亦可能產(chǎn)生處于由基本頻率之間的和與差給定的中間頻率的波。此等非線性分量對(duì)偏光器24的效能具有一寄生效應(yīng)，此乃因其在偏光器中形成致使輸入光束23的能量的一部分將以不期望角度繞射的光柵分量。

區(qū)塊52藉由將校正諧波頻率分量添加至由區(qū)塊50產(chǎn)生的頻率向量而解決此問(wèn)題。此等校正分量的各別振幅及相位經(jīng)選擇以便消除聲光介質(zhì)中的寄生(諧波及和/差)波。具體而言，區(qū)塊52計(jì)算寄生波的預(yù)期振幅及相位，且添加寄生頻率下的相同振幅但具有相反相位的校正分量?？苫谄馄?4的行為的一數(shù)學(xué)模型而先驗(yàn)計(jì)算校正分量的振幅及相位或可以實(shí)證方式設(shè)定該等的校正分量的振幅及相位。在任一情形中，凈結(jié)果將系寄生頻率下的聲光介質(zhì)中的光柵分量的振幅的一實(shí)質(zhì)減小，且因此輸入光束能量的一較大部分至在所要角度方向上的輸出光束30中的轉(zhuǎn)移。

一相位調(diào)整區(qū)塊54產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于由區(qū)塊50及54提供的頻率分量的時(shí)域樣本的多個(gè)串流。每一串流被引導(dǎo)至換能器40中的一各別者且含有相同頻率分量但具有不同各別相位偏移。根據(jù)每一頻率下的偏光器24中的聲波46的所要波前角度而選擇此等相位偏移。通常，樣本串流之間的相對(duì)相位偏移在整個(gè)頻率范圍內(nèi)系不均勻的，而是隨頻率增加，使得波前角度同樣隨頻率增加以便滿足每一頻率下的布拉格條件，如上文所解釋。

具體而言，區(qū)塊54可根據(jù)以下公式而設(shè)定不同頻率下之相位偏移：

在此方程式中：

是頻率f下的區(qū)塊54的兩個(gè)毗鄰輸出頻道之間的相位差；

s是毗鄰換能器40的中心之間的距離；

λ是光學(xué)光束波長(zhǎng)；

vs是聲光介質(zhì)中的聲速；且

f0是給出毗鄰頻道之間的零相位差且滿足針對(duì)光學(xué)輸出光束的布拉格條件的所施加頻率。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明由區(qū)塊54施加至換能器40的相位延遲的一圖表。圖中的一曲線72表示隨頻率而變的實(shí)際經(jīng)量測(cè)相位延遲，其中f0＝200mhz。為進(jìn)行比較，一線74展示針對(duì)一固定一米延遲線的隨頻率而變的相位延遲。由區(qū)塊54提供的頻率相依相位調(diào)整的益處在高頻率下尤其明顯。

返回至圖4，區(qū)塊50、52及54通常實(shí)施于數(shù)位邏輯及/或軟體中，如上文所解釋。將來(lái)自區(qū)塊54的數(shù)位樣本串流輸入至一多通道數(shù)位轉(zhuǎn)類比轉(zhuǎn)換器56的各別通道，多通道數(shù)位轉(zhuǎn)類比轉(zhuǎn)換器56產(chǎn)生對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)以驅(qū)動(dòng)換能器40。假定頻率分量及相位偏移的適當(dāng)選擇，換能器將產(chǎn)生處于不同基本頻率且以不同波前角度的偏光器24中的聲波之一疊加，而在聲光介質(zhì)中由非線性程序產(chǎn)生的寄生波將被抑制。

圖7是示意性地展示當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例驅(qū)動(dòng)時(shí)的聲光偏光器24的一頻譜的一圖表。具體而言，圖表展示隨偏光器的驅(qū)動(dòng)頻率而變的偏光器的繞射的效率(亦即，來(lái)自以所要角度繞射的輸入光束23的可用能量的百分比)。

一第一曲線80展示當(dāng)在不進(jìn)行諧波消除且在換能器40之間具有由一固定延遲線設(shè)定的相位延遲的情況下(亦即，在區(qū)塊52及54非作用的情況下)驅(qū)動(dòng)偏光器24時(shí)的基線繞射效率。一第二曲線82展示藉由相位調(diào)整(區(qū)塊54)的波前角度調(diào)整的效應(yīng)，其主要(但非排他地)增強(qiáng)較高頻率下的繞射效率。一第三曲線84展示主要在低頻率下的效率的增強(qiáng)，此乃因藉由區(qū)塊52的諧波消除。凈結(jié)果是偏光器24的有效頻寬達(dá)約50％之一增強(qiáng)。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的示意性地圖解說(shuō)明用于等化來(lái)自聲光偏光器24的輸出光束30當(dāng)中的強(qiáng)度的一方法的一流程圖。在系統(tǒng)20的諸多應(yīng)用(諸如雷射印刷及機(jī)械加工)中，輸出光束30具有相等(以在一預(yù)定義容差內(nèi))的各別強(qiáng)度是重要的。圖8的方法可由驅(qū)動(dòng)器28應(yīng)用于設(shè)定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率分量的相對(duì)振幅以便滿足此準(zhǔn)則。雖然可基于一所計(jì)算模型而先驗(yàn)進(jìn)行此等設(shè)定，但在實(shí)踐中，使用一適合量測(cè)裝置(舉例而言，一相機(jī)(圖中未展示))量測(cè)所產(chǎn)生輸出光束30的實(shí)際強(qiáng)度作為至校準(zhǔn)階段中的當(dāng)前等化演算法的一輸入通常是較佳的。

可針對(duì)出自尺頻率的集合的可能驅(qū)動(dòng)頻率的每一非空子集而執(zhí)行圖8的方法。針對(duì)每一此子集，產(chǎn)生一系列解，其中在一迭代程序中每一解產(chǎn)生具有比先前解所產(chǎn)生的光束的強(qiáng)度稍微強(qiáng)的強(qiáng)度的一組等化強(qiáng)度輸出光束。換言之，每一逐次解使用先前解作為一起始點(diǎn)。就其繞射效率而表達(dá)該等強(qiáng)度，且將目標(biāo)效率e的列表(針對(duì)逐次迭代)連同所淮許解容差δ提供為至程序的一輸入。

計(jì)算以最小目標(biāo)強(qiáng)度(或效率)開(kāi)始，其中驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率分量設(shè)定為相等小振幅。驅(qū)動(dòng)電路28施加具有m個(gè)不同頻率分量下的m個(gè)振幅之一向量x0的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且量測(cè)裝置在一量測(cè)步驟90處量測(cè)m個(gè)輸出光束30的各別光學(xué)強(qiáng)度之一向量m。一處理器(未展示)計(jì)算m內(nèi)(亦即，所有光束內(nèi))的平均效率mavg，且在一效率評(píng)估步驟92處評(píng)估m(xù)中的效率中的每一者與mavg的偏差。

若在步驟92處計(jì)算的最大偏差大于δ，則在增量量測(cè)步驟94處采取一額外量測(cè)mp(其中輸入振幅設(shè)定為[x0·(1+δ)])，且采取另一量測(cè)mm(其中輸入振幅設(shè)定為[x0·(1-δ)])。(此處δ是一小增量，其取決于量測(cè)程序中的雜訊量，舉例而言δ＝0.05)。假定經(jīng)量測(cè)強(qiáng)度(mp,mm)及自x0的相對(duì)改變，處理器然后針對(duì)每一光束單獨(dú)地?cái)M合一線性模型，且在一模型化步驟96處針對(duì)每一光束i對(duì)該模型進(jìn)行求解以找到應(yīng)產(chǎn)生目標(biāo)效率e的相對(duì)改變ui。(另一選擇是，可在步驟94處采取較大數(shù)目個(gè)量測(cè)，且處理器可然后計(jì)算一高階模型(諸如一個(gè)二次式模型)。)將u采取為所有所計(jì)算改變ui的向量，處理器在一振幅更新步驟98處計(jì)算向量(其中針對(duì)每一光束單獨(dú)地進(jìn)行乘法運(yùn)算)。將該結(jié)果用作振幅向量x0以用于通過(guò)步驟90的下一迭代。

當(dāng)在步驟92處發(fā)現(xiàn)m中的所量測(cè)強(qiáng)度與mavg的最大偏差小于δ時(shí)，處理器在一效率評(píng)估步驟100處檢查當(dāng)前解x0以針對(duì)當(dāng)前迭代判定m是否在自目標(biāo)效率e的容差δ內(nèi)。若該解不在自e的容差δ內(nèi)，則在一振幅更新步驟102處根據(jù)(舉例而言)值更新當(dāng)前振幅向量x0。(另一選擇是，可在此步驟處使用其他更新，諸如e/mavg的不同指數(shù)。)該程序然后再次返回至步驟90。

當(dāng)在步驟100處發(fā)現(xiàn)m在e的δ內(nèi)時(shí)，處理器在一列表檢查步驟104處檢查是否已到達(dá)目標(biāo)效率e的整個(gè)列表。若否，則當(dāng)前向量x0變?yōu)槠鹗键c(diǎn)以用于通過(guò)前述步驟的下一迭代，其中在一效率更新步驟106處將e設(shè)定為列表中的下一目標(biāo)效率。當(dāng)已到達(dá)列表中的最后效率值時(shí)，等化程序在一終止步驟108處結(jié)束。然而，若選擇一不切實(shí)際的目標(biāo)效率，則該程序可在到達(dá)步驟108之前失敗。

將了解，以實(shí)例的方式引用上文所闡述的實(shí)施例，且本發(fā)明不限于上文中特別展示及闡述的內(nèi)容。而是，本發(fā)明的范疇包含上文中所闡述的各種特征的組合及子組合兩者，以及熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者在閱讀上述說(shuō)明后將聯(lián)想到且在先前技術(shù)中未揭示的對(duì)該等各種特征的更改及修改。