定义
用于周期性中断光束的装置。
有不同种类的光学斩波器设备可用于通过机械方式定期传输和中断光束 - 例如激光束。 通常，它们用于周期性地调制光束的光功率。 有关应用程序的一些示例，请参见下文。
简单的机械操作原理 - 让光束通过或用一些刀片阻挡它 - 使这种设备基本上适用于任何光学波长，并且避免了开放状态下的光束失真。 这与使用各种强度调制器形成鲜明对比，后者可能表现出不完全传输、光束失真、非线性影响等。 此外，简单的机械斩波器可能比电子控制调制器便宜得多。 另一方面，机械斩波器在频率和开关速度方面受到限制，并且在切换过程中输出部分截断的光束。 此外，它们可能会产生光学装置的干扰机械振动。
旋转圆盘斩波器
图1：带有两排孔的斩波轮。
最常见的光学斩波器形式是旋转圆盘斩波器。 它的中心部分是一个切碎盘（也称为斩波刀片），通常由黑色涂层金属制成，具有带有一些孔或狭缝（槽）图案的圆形形状。 车轮由小型电动机驱动。
如图1所示，可以有两排（很少更多）狭缝，通常具有不同数量的孔，因此可以在给定的旋转频率下实现不同的斩波频率。 由于整数频率比，有时使用术语谐波叶片，或者使用双频叶片。 通常，外行的狭缝数最多。 一些应用涉及同时使用双波束的两排，通常频率比为2。
对于某些应用，重要的是斩波盘的涂层使其仅引起最少量的光散射。 使用适当的外壳也可以大大减少散射光的问题。 在其他情况下，重要的是车轮能够承受相当大的光学强度和功率。
开关速度取决于光束半径和旋转频率。 为了获得最大的开关速度，根据某些应用的要求，可以使用紧密聚焦的光束。 然而，对于具有高光功率的光束来说，这可能是个问题，因为热量集中沉积到车轮表面。 在这种情况下，人们可能更喜欢使用狭缝数量较少的轮子，以相应的更高旋转频率和更大的光束直径进行操作。 另一方面，具有数百个狭缝的斩波盘用于获得非常高的斩波频率（例如 10 kHz），而无需过多的旋转频率。
图 2：图 1 中的斩波轮的透射率，用于每秒 30 转，并使用光束半径为 500 μm 的外排。
通常，可以更换斩波盘以使设备适应不同的操作需求。 一些供应商提供多种切碎刀片，具有不同狭缝数、单排或多排、不同工作周期、外径等。
在切换过程中，人们获得具有修改光束轮廓和可能的一些衍射效应的光束；这可能与某些应用程序相关。
为了精确控制旋转频率，理想情况下使用同步交流电机；然后可以通过电驱动频率精确控制旋转频率。 或者，可以使用一些电子反馈环，例如涉及锁相环（PLL）和稳定的基于石英的频率合成器，以实现高频稳定性。 此外，如果机械设置刚性和稳定，例如避免旋转轮的振荡，并且电机质量高，则还可以实现低时序抖动。 尽管采用机械工作原理，但高精度斩波装置可以达到非常高的精度。 但请注意，只有在远低于最大允许速度的有限转速下，才能实现最小时序抖动。
一些斩波器以固定且相当稳定的频率工作，而另一些则提供可变频率。 在后一种情况下，斩波轮驱动器可以允许使用调节旋钮或外部直流电压调整旋转频率，但也可以有一个数字接口进行更精确的控制。 为方便起见，前面板上可能有一个数字频率显示。
驱动器还可以提供与斩波同步的参考输出信号（例如TTL格式）；它可以从电机的驱动频率得出，或者在直流电机的情况下，可以通过车轮上的附加光学传感器（通常是光栅）获得。 例如，它可以用作锁相放大器的基准输入。 某些器件能够提供参考信号的谐波或次谐波和/或相位调整。
其他机械附件可能有用，例如用于阻挡不需要的光线的安装板和外壳（外壳）。 安装座可能需要优化，例如尽量减少振动传递到底板。
音叉切碎机
光学斩波器的另一个工作原理是基于共振机械振动，该振动由电磁铁激发。 振动部分包含一个叶片，用于移入和移出光束。 这种设备在机械上很简单。 然而，它们通常只能在固定频率下工作，因为只有在机械共振频率附近才能实现足够高的振荡幅度。 此外，由于叶片的振动幅度有限，光束必须定位得更准确。
光束百叶窗
还有各种光束百叶窗，它们不一定定期运行，但可以通过电压信号进行控制，电压信号可能是周期性的，也可能不是。 从这个意义上说，它们更灵活。 另一方面，它们在最大开关频率方面通常受到更多限制，在开关周期数方面也是如此。 因此，它们在周期性下降中并不常见，尤其是在高频下。
光学斩波器的典型应用
锁定检测
斩波器的典型应用是使用锁相放大器对光功率进行灵敏测量，例如在光谱学环境中。 不是用一些光电探测器直接测量光功率，而是记录斩波光束的振荡功率。 然后，锁相放大器可以非常灵敏地检测该调制，如果需要，还可以确定其相位。 对于高斩波频率，可以实现特别好的信噪比，但受到机械斩波器类型的限制。 使用这种技术可以轻松消除背景光的影响。
测量荧光衰减时间
使用斩波激光束，可以测量某些衰减时间，例如激光增益介质的上层状态寿命。 只需将一块介质暴露在斩波光束下，并记录荧光的时间依赖性功率。 尽管机械斩波器的开关速度有限，但如果在叶片上使用适当聚焦的光束，它们很容易足以测量毫秒级或更短的衰减时间。
降低平均功率
具有小占空比的斩波器对于连续光束的平均功率对于某些系统来说太高的实验可能很有用。 例如，可以测试连续泵浦时会过热的激光器。
旋转检测
斩波盘也可用于光学传感器，检测转速。 例如，汽车的防抱死制动系统可以使用它来检查制动器是否即将完全停止车轮。
