Akustooptische Modulatoren Fachwissenschaftliches Kolloquium HS Pforzheim Akustooptische Modulatoren Thomas Gulden 12 / 2007

Inhalt Was ist ein akustooptischer Modulator Anwendungsbeispiele Aufbau & Funktionsweise Ansteuerung

AOM allgemein (=“Bragg-Zelle“) akustische Welle im Festkörper  Beugung des Laserstrahls HF - Signal Piezoelement Laser Absorber transparenter Festkörper (Glas, Kristall) Piezokristall

Anwendungen Schalten von Licht - „Q-Switch“ - Blanking (Austastung) bei Projektion, ... 0. Ord. 1. Ord. Ablenkung - Justage eines Strahls - Intensitätsmodulation Frequenzselektion Frequenzverschiebung

Funktionsweise Erzeugung einer akustischen Welle (sog. Ultraschallwelle) innerhalb des Kristalls durch Anregung des Piezo-Elements mittels Hochfrequenz-Signal  periodische Dichtemodulation  periodische Modulation des Brechungsindex  “optisches Gitter“

Funktionsweise II Der Gitterabstand entspricht der Wellenlänge der Piezo- element Kristall Ultraschallwelle Der Gitterabstand entspricht der Wellenlänge der Ultraschallwelle im Medium: mit = 0,5 .. 8000 m/s

Exkurs: Beugung allgemein a = Einfallwinkel Strahlung d = Gitterkonstante (-abstand) a  .   .   Bedingung für konstruktive Interferenz: 2 ·  = n ·  mit n = Beugungsordnung = 1, 2, 3, … Andere Beschreibung für  :  = d · sin() Durch Einsetzen ergibt sich die Bragg – Gleichung: n ·  = 2 · d · sin()

Sonderfall: a = 90° a = Einfallwinkel Strahlung d = Gitterkonstante (-abstand) a   .  Bedingung für konstruktive Interferenz: 2 ·  = n ·  mit n = Beugungsordnung = 0, 1, -1, 2, -2, … Andere Beschreibung für  :  = d · sin() Durch Einsetzen ergibt sich die Bragg – Gleichung: n ·  = 2 · d · sin()

Beugung im AOM 1. Ordnung Laser 0. Ordnung Ultraschallwelle Piezoelement Wellenfronten Bei Auftreffen der Strahlung auf das Gitter senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ( parallel zu den Wellenfronten) des Ultraschalls gilt für den Beugungswinkel: mit n = Beugungsordnung (0, -1, 1, -2, 2, …)  Ablenkung des Strahls durch Änderung der Frequenz des Modulationssignals

Beugung im AOM II Projektion eines HeNe-Laserstrahls ( = 632,8 nm) fmod = 136 MHz, P = 5W =>  = 0,6° fmod = 173 MHz, P = 5W =>  = 0,8°

Intensitätsmodulation Die Intensität des abgelenkten Strahls ist weitestgehend proportional zur Intensität des Modulationssignals Höhere Modulationsleistung führt zu Ablenkungsprodukten höherer Ordnung fmod = 150MHz, P = 1W fmod = 150MHz, P = 5W

Frequenzselektion Die Beugung ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts Je größer die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, desto stärker wird dieses gebeugt („variables Prisma“) A O M Anwendung: z.B. Spektralanalyse Messsystem feststehender Detektor

Frequenzverschiebung Aufgrund des Absorbers kann sich keine stehende Welle ausbilden  Die Schallwelle erzeugt ein bewegtes Gitter welches die Frequenz des einfallenden Lichts aufgrund des Doppler-Effekts um dessen Betrag verschiebt Praktisch nur geringe Auswirkung:

Akustooptische Modulatoren Fachwissenschaftliches Kolloquium 7. Semester HS Pforzheim © Thomas Gulden 2007 www.dj9kw.de -> Downloads -> FWK AOMs