Design and Implementation of Acousto-Optic Modulator with High Diffraction Efficiency

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0233

Abstract

Abstract: This paper introduces an acousto-optic modulator （AOM） featuring high diffraction efficiency and a large aperture. The AOM is designed for operation at 1 064 nm， with an effective aperture of 10 mm and a center operating frequency of 80 MHz. Low-absorption quartz was selected as the acousto-optic medium， while high-efficiency lithium niobate served as the piezoelectric transducer. Through optimized design and bonding processes， combined with a heat-conductive and electrically conductive heat dissipation solution utilizing a pressure block and adhesive pad， a diffraction efficiency of 98.4% was achieved. This AOM simultaneously exhibits excellent outstanding beam quality and high beam pointing stability. The research provides a critical high-performance optical component for high-power laser applications.

Key words: diffraction efficiency; acousto-optic modulator; acousto-optic medium; quartz crystal; piezoelectric transducer; lithium niobate; pressure block patch thermal conduction

CLC Number:

O734

WANG Chengqiang, XU Zhihong, ZOU Liner, LU Hao, WANG Shuaihua, WU Shaofan. Design and Implementation of Acousto-Optic Modulator with High Diffraction Efficiency[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(4): 594-602.

Figures/Tables 14

Fig.1 Bragg diffraction pattern of AOM

Fig.2 Theoretical efficiency curve of AOM

Fig.3 AOM structure disassembly diagram

Fig.4 Simulated thermal distribution. （a） 5 min heat distribution of the conventional structure；（b） steady-state internal temperature （T） distribution of the conventional structure；（c） 5 min heat distribution of the pressed block patch structure；（d） steady-state internal temperature distribution of the pressed block patch structure

Fig.5 Schematic diagram of the AOM process flow

Fig.6 Structure of piezoelectric transducer （a） and image of transducer bonding interface （b）

Fig.7 Structure diagram of AOM

Fig.8 Schematic diagram of AOM performance testing system

Fig.9 Comparison of diffraction efficiency between conventional and pressed block patch structure AOM

Fig.10 Comparison diagram of measured temperatures

Fig.11 Test results for long-term stability of diffraction efficiency

Fig.12 Measurement of the M2 factor for the diffracted beam. （a） test results for the incident beam；（b） test results for the diffracted beam

Fig.13 Beam directionality wavefront test results. （a） Incident light test results；（b） diffracted light test results

Table 1 Analysis results of beam pointing stability data

参数	入射光		衍射光
参数	X方向	Y方向	X方向	Y方向
平均偏移量Δ	4.27	12.07	3.96	14.7
偏移量标准差σ	3.95	12.31	2.9	11.17

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