Акустооптический модулятор

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

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 возникновению 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), разнесенных в пространстве под равными углами относительно друг друга.Высокая эффективность дифрации в толстых модуляторах достигается из-за более широкой дифракционной решётки.

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

Интенсивность дифрагированных лучей зависит от интенсивности звуковой волны. Модулируя интенсивность звуковой волны можно менять (нелинейно) интенсивность дифраированных лучей. Как правило, интенсивность луча нулевого порядка меняется от 15 % до 99 %, а интенсивность первого порядка — (0-80)%. Контрастность модуляции может достигать 1000.

Такое смещение частоты обусловливается также законом сохранения энергии и импульса (фотонов и фононов). В некоторых АОМ акустические волны, распространяющиеся в противоположных направлениях, создают стоячую волну, в результате частоты дифракционных порядков не меняется.

Фаза дифрагированных лучей также смещается на величину фазы звуковой волны.

Звуковая волна наводит двулучепреломление в стекле, поэтому поляризация света после прохождения модулятора может меняться.

Допустимая частота модуляции для АОМ определяются упругооптическими свойствами акустической среды и может достигать 350 МГц (Эффективность АОМ на такой частоте не велика ~10-20 %).

Материалы, используемые для изготовления АОМ:

Материал	Оптический диапазон, мкм	Показатель преломления	Скорость звуковой волны, км/сек	Добротность 10 − 15m2 / W
Халькогенидное стекло	1.0 - 2.2	2.7	2.52	164
Флинт SF-6	0.45-2	1.8	3.51	8
Кварцевое стекло	0.2-4.5	1.46	5.96	1.56
Фосфит галлия	0.59-10	3.3	6.3	44
Германий	2-12	4.0	5.5	180
Фосфат индия	1-1.6	3.3	5.1	80
Ниобат лития	0.6-4.5	2.2	6.6	15
Оксид теллура	0.4-5	2.25	5.5	1000

Оптически полированное стекло с помощью пайки под давлением (metal pressure bonding) соединяется с пьезопреобразователем, изготовленным из ниобата лития. Толщина пластины ниобата лития выбирается из нужной частоты модуляции (вплоть до 1ГГц).