摘要
声光可调谐滤波器（acousto-optictunablefilter，AOTF）是一种色散光学器件，
其工作原理为通过改变超声波频率使衍射光的中心波长发生变化，利用这样的选择
性衍射实现其滤波的功能。光谱分辨率是AOTF的关键性能参数，如何提高光谱分
辨率是目前的一个重要研究方向。合适的声光介质可以起到提高光谱分辨率的效果，
综合分析不同晶体的特点后，目前常用的声光晶体为二氧化碲（TeO）晶体。此外，
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多次滤波的方法也可以有效地提高光谱分辨率，其中二次滤波的效果最好。基于这
样的研究背景，本文主要有以下研究内容及成果：
1.对压电换能器进行了有限元建模，对其逆压电效应的工作机理进行了模拟。
经过计算与分析得知，对压电换能器施加正弦交流电信号可以有效地调节换能器的
振动模式，因此，可以通过调节对压电换能器施加的正弦交流电信号来控制AOTF
中的超声频率以及超声振幅。
2.构建了压电换能器与声光晶体耦合结构，分析总结了不同工作频率下压电换
能器对声光晶体的调制作用，对不同频率下的超声波传输模式进行了比较，从而得
到了换能器合适的工作频率区间，并选取84MHz为本研究的中心工作频率。
3.设计并构建了AOTF的模型，添加波动光学模块用于耦合产生超声波的物理
场，同时对声光效应进行了计算与分析，验证了声光效应的两种工作模式。通过参
数化扫描对单个AOTF的滤波效果进行计算与分析。此外，计算并分析了不同工作
参数对AOTF性能的影响。
4.提出了一种新的二次滤波结构，利用单个声光晶体通过光路调节进行二次滤
波，使得在光路中光束能量的传输损耗降到最低。利用有限元分析软件对AOTF的
二次滤波模型以及衍射过程进行了计算与分析。结果表明，双程色散声光可调谐滤
波器的设计可以有效地压缩光谱线宽，当衍射中心波长为1064nm时，压缩效率达
到了28.6%，明显地提高了光谱分辨率；同时，该滤波器还具有抑制旁瓣的效果，
可以将衍射中心波长为1064nm的衍射光的旁瓣从-27.0dB压缩至-44.8dB，抑制效
率达到了87.6%，提高了光谱纯净度。
关键词：声光调制；声光可调谐滤波器；二次滤波；有限元分析；光谱分辨率
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ABSTRACT
Acousto-optictunablefilter(AOTF)isadispersiveopticaldevice.AOTFworksby
changingtheultrasonicfrequencytochangethecenterwavelengthofthediffractedlight,
andusesuchselectivediffractiontoachievethefunctionoffiltering.Spectralresolutionis
thekeyperformanceparameterofAOTF.Howtoimprovespectralresolutionisan
importantresearchdirectionatpresent.Suitableacousto-opticmediacanhavetheeffectof
increasingspectralresolution.Aftercomprehensiveanalysisofthecharacteristicsof
differentcrystals,thecommonlyusedacousto-optic