WikiSort.ru - Не сортированное

Акустооптический модулятор (АОМ) — устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции на решётке, образуемой в стекле в результате пространственной модуляции показателя преломления акустической волной.

Принцип действия

Принцип действия АОМ основан на дифракции света на бегущей ультразвуковой волне в оптически прозрачном материале (стекле). Бегущую ультразвуковую волну создает пьезоэлектрический преобразователь, присоединённый к стеклянной пластине. Благодаря появлению участков сжатия и растяжения, возникающих в стекле и различающихся показателем преломления, в среде формируется дифракционная решётка. Световой пучок, дифрагируя на решётке, образует несколько выходных пучков (дифракционных порядков), разнесённых в пространстве под равными углами относительно друг друга. При помощи апертуры из всех выходных лучей выделяется первый максимум, который существует только при наличии звуковой волны в модуляторе, и блокируются все остальные (см. рисунок сверху).

В зависимости от толщины стеклянного тела АОМ имеет некоторые отличия в работе. В тонком модуляторе принцип работы не отличается от того как это описано ранее, но в толстом — необходимо учитывать условия фазового синхронизма, ${\displaystyle {\vec {k}}+{\vec {k}}_{\text{phonon}}={\vec {k}}_{\text{photon}}^{+1}}$ , где ${\displaystyle {\vec {k}}}$  — волновой вектор падающего излучения, ${\displaystyle {\vec {k}}_{\text{phonon}}}$ и ${\displaystyle {\vec {k}}_{\text{photon}}^{+1}}$  — волновые вектора звуковой и оптической, дифрагировавшей в первый порядок, волны. В толстом модуляторе при правильном выборе угла падения входного луча и благодаря условию синхронизма можно возбудить в основном первый (или минус первый) порядок дифракции. Промышленность выпускает толстые модуляторы, так как они требуют звуковую волну меньшей мощности. Высокая эффективность дифракции в толстых модуляторах достигается из-за более широкой дифракционной решётки.

Тонкий модулятор (дифракция Рамана-Ната)

При ортогональном падении света на поверхность кристалла проходящий свет c длиной волны ${\displaystyle \lambda }$ и звуковой волной — ${\displaystyle \Lambda }$ дифрагирует под углом ${\displaystyle \theta }$ в несколько дифракционных порядков ${\displaystyle m}$ :

${\displaystyle \sin \theta ={\frac {m\lambda }{2\Lambda }}.}$

Брэгговский режим (толстый модулятор)

Практический интерес представляет случай, когда свет (лазерный пучок) направляется на стекло под углом Брэгга. При этом наблюдается дифракция Брэгга, при которой интенсивности всех дифракционных максимумов, кроме первого, становятся малыми.

Характеристики АОМ

Материалы, используемые для изготовления АОМ

Конструкция прибора

Оптически полированное стекло с помощью пайки под давлением (metal pressure bonding) соединяется с пьезопреобразователем, изготовленным из ниобата лития. Толщина пластины ниобата лития выбирается исходя из требуемой частоты модуляции (вплоть до 1 ГГц). Противоположная грань стеклянной пластины спиливается под углом, так что отраженная звуковая волна уходила в сторону, чтобы не возникала стоячая волна. Более того, на этой грани обычно размещается брусок из звукопоглощающего материала.

АОМ обычно размещается в металлическом корпусе с отверстиями для ввода-вывода света и РЧ-разъёмом для подачи модулирующего сигнала (обычно SMA или BNC). Возможно также исполнение прибора с волоконными входами и выходом, что позволяет его легко интегрировать в системы, работающие с оптоволокном.

Частота модуляции АОМ определяются упругооптическими свойствами акустической среды и может достигать 350 МГц (эффективность АОМ на такой частоте невелика — порядка 10—20 %).

Применение

АОМ используются для быстрой модуляции и отклонения лазерных лучей, поэтому они находят широкое применение в оптических лабораториях как простой способ модулирования лазерного луча (высокоскоростной затвор). Использование АОМ внутри резонатора лазера позволяет управлять потерями резонатора и осуществлять активную модуляцию добротности или синхронизацию мод лазера.

Изготовители

• Brimrose Corporation of America, https://web.archive.org/web/20110915213950/http://www.brimrose.com/pdfandwordfiles/aointro.pdf
• IntraAction Corporation, http://www.intraaction.com/FAQ_s/Contact_US/Definitions/Refrences/do_not_delete_page/AOM-80_AOM-110.pdf
• Crystal Technology, http://www.crystaltechnology.com/
• NEOS Technologies http://www.neostech.com/new_content.asp?content=AO_Modulators (недоступная+ссылка)