Fachwissenschaftliches Kolloquium HS Pforzheim Akustooptische Modulatoren Thomas Gulden

Fachwissenschaftliches Kolloquium HS Pforzheim Akustooptische Modulatoren Thomas Gulden 12 / 2007

Inhalt • • Was ist ein akustooptischer Modulator Anwendungsbeispiele Aufbau & Funktionsweise Ansteuerung

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

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

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 Piezoelement 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 Ultraschallwelle 0. Ordnung 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 He. Ne-Laserstrahls ( = 632, 8 nm) fmod = 136 MHz, P = 5 W => = 0, 6° fmod = 173 MHz, P = 5 W => = 0, 8°

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

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“) feststehender Detektor A O M Anwendung: z. B. Spektralanalyse Messsystem

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. dj 9 kw. de -> Downloads -> FWK AOMs