Techniklexikon

akustooptischer Filter

akustooptischer Modulator, AOTF (Acousto Optical Tuneable Filter), optisch transparenter Kristall, mit dem Intensität und Wellenlänge von eingestrahltem Licht stufenlos eingestellt werden kann. Hauptanwendung ist das Güteschalten von Lasern.

In dem Kristall wird ein Ultraschallwellenfeld erzeugt, dessen Wellenlänge beliebig eingestellt werden kann. Für senkrecht zum Ultraschallwellenfeld eingestrahltes Licht wirkt das Ultraschallwellenfeld wie ein Beugungsgitter. Prinzipiell unterscheidet man zwei Wellenlängenbereiche, in denen sich der Charakter der Wechselwirkung zwischen dem eingestrahlten Licht und der Ultraschallwelle unterscheidet. Das sog. Debye-Sears-Regime (manchmal auch Raman-Nath-Regime genannt, Debye-Sears-Effekt) findet sich in den Bereichen der Interaktionslänge L zwischen Licht und Schall, in denen L < L²/l ist (L ist dabei die Wellenlänge der Schallwelle, l die Lichtwellenlänge). Die zweite Art der Wechselwirkung, das Bragg-Regime, befindet sich in einem Bereich, in dem L > L²/l ist. Der Eintrittswinkel des Lichts in das Schallwellenfeld beträgt in diesem Regime l/2L. Dies entspricht der üblichen Bragg-Bedingung für Beugung von Röntgenstrahlung an parallelen Kristallgitterebenen. Üblicherweise wird über einen piezoelektrischen Transducer eine Schallwelle der Wellenlänge L in den Kristall eingekoppelt, die sich ihrerseits mit der Geschwindigkeit V durch das transparente Medium mit der Brechzahl n fortpflanzt. Eingestrahltes Laserlicht der Intensität I tritt unter dem Bragg-Winkel q_B = l/2L in das Schallwellenfeld ein und erfährt eine Phasenverschiebung von DF = cLDn (c ist die Vakuumlichtgeschwindigkeit, L die Interaktionslänge und Dn der durch die elastische Schallwelle hervorgerufene Unterschied in der Brechzahl des Kristallmaterials). Um eine möglichst hohe Konversion der Schallwellenamplitude in einen Brechzahlgradienten zu erreichen, werden spezielle Materialien wie Tellurdioxid, Lithiumniobat oder Germanium verwendet. Der Anteil des Lichts in der ersten Beugungsordnung an dem erzeugten Phasengitter ist h = I₁/I = sin² (DF/2) und hat für DF = p ein Maximum. Der Phasenverschiebung hängt ausser von der Lichtwellenlänge von verschiedenen Materialkonstanten ab. Durch geeignete Wahl können nahezu 100 % des eingestrahlten Lichtes kolinear in das Maximum erster Ordnung gebeugt werden. Durch lineare Überlagerung unterschiedlicher Ultraschallwellenlängen kann Licht verschiedener Wellenlängen mit verschiedenen Intensitäten an einer definierten festen Position des AOTF kollinear gebeugt und abgegriffen werden.  [RK1]

akustooptischer Filter: Veränderung eines Lichtstrahls mit einem Ultraschallfeld in einem transparenten Kristall.