Das physikalische Prinzip vonakustooptischer Modulator
Akustisch-optischer Modulator (AOM-ModulatorDie passive Modulationsvorrichtung ist derzeit das am weitesten verbreitete Gerät außerhalb des Laserresonators. Ihr Funktionsprinzip ist folgendes: Nach Anlegen eines externen niederfrequenten HF-Signals an einen piezoelektrischen Wandler wandelt dieser die elektrische Wechselenergie in hochfrequente Ultraschallwellen um. Diese Ultraschallwellen breiten sich periodisch im akustooptischen Kristall aus und bilden ein dynamisches Brechungsindexgitter mit wechselnder Dichte. Beim Durchgang des einfallenden Lasers durch das Gitter tritt Bragg-Beugung auf. Die Vorrichtung moduliert die Strahlintensität durch Umschalten zwischen gebeugtem und durchgelassenem Licht und teilt den kontinuierlichen Laserstrahl so in eine Folge von Laserpulsen mit einstellbarer Pulsdauer auf.
Die physikalische Grundlage vonakustooptische Modulationumfasst zwei grundlegende physikalische Gesetze: den piezoelektrischen Effekt und die Bragg-akustooptische Beugung.
1. Piezoelektrische Umwandlung piezoelektrischer Wandler: Der Wandler besteht aus piezoelektrischen Keramikchips und wird von einem externen HF-Treiber angesteuert, um alternierende elektrische HF-Signale auszugeben. Unter dem Einfluss eines elektrischen Wechselfeldes dehnen sich die piezoelektrischen Materialien periodisch aus und ziehen sich zusammen. Dadurch werden elektrische Schwingungen im Verhältnis 1:1 in Ultraschallschwingungen gleicher Frequenz umgewandelt. Ultraschallwellen breiten sich gerichtet im Inneren des Kristalls aus und bilden in akustooptischen Medien wie Tellurdioxid, Quarzglas, Galliumphosphid usw. periodisch gestauchte und gedehnte dichte Schichten. Die Dichteänderung des Mediums verursacht direkt periodische Schwankungen des lokalen Brechungsindex. Dies entspricht einem dynamischen Phasengitter, das sich synchron mit den Ultraschallwellen bewegt. Die Gitterperiode entspricht exakt der Wellenlänge der Ultraschallwellen.
2. Optisches Bragg-Beugungsgesetz: Trifft ein Laserstrahl unter einem bestimmten Bragg-Winkel auf ein dynamisches Gitter, erfährt er gerichtete Beugung, die in Licht erster Ordnung und Licht nullter Ordnung unterteilt wird. Bei eingeschalteter HF-Stromversorgung und gleichzeitigem Ultraschall werden die meisten Lichtstrahlen gebeugt, und der optische Pfad liefert kein effektives Ausgangssignal. Nach dem Ausfall der HF-Stromversorgung und dem Verschwinden der Ultraschallwellen löst sich das Brechungsindexgitter schlagartig auf, und der Laserstrahl wird direkt in seiner ursprünglichen Richtung ausgesendet. Durch das Ein- und Ausschalten sowie die Amplitudenänderungen der HF-Signale lässt sich die Beugungseffizienz präzise steuern, wodurch die Ausgangslichtintensität stufenlos von vollständig aus bis vollständig an eingestellt und somit eine Laserintensitätsmodulation erreicht wird. Je nach Beugungsmechanismus unterscheidet man zwischen Bragg-Beugung und Raman-Nas-Beugung.akustooptischer ModulatorDie Bragg-Konfiguration ermöglicht eine Beugungseffizienz von bis zu 85 % oder mehr, reduziert Streulicht und bietet ein ausgezeichnetes Extinktionsverhältnis. Die Raman-Nas-Beugung wird hauptsächlich in wissenschaftlichen Forschungsexperimenten mit niedriger Frequenz und geringer Leistung eingesetzt. Da der gebeugte Strahl eine Mehrebenenstreuung aufweist, findet sie in industriellen Anwendungen selten Anwendung.
Veröffentlichungsdatum: 21. Juli 2026