В методе акустооптической модуляции добротности используется явление дифракции света на ультразвуковой волне. Пусть в некоторой среде (твердой или жидкой) распространяется плоская ультразвуковая волна, возбуждаемая пьезопреобразователем. При этом в среде возникают механические напряжения, связанные с локальными сжатиями и разрежениями. Через фотоупругий эффект напряжения воздействуют на показатель преломления среды. В результате, в среде образуются различающиеся показателем преломления периодические слои (с периодом, равным длине звуковой волны ), перемещающиеся со скоростью звука. При прохождении света через такую среду происходит дифракция на пространственной периодической структуре, обусловленной периодическими изменениями показателя преломления.
В схеме лазера с акустооптической модуляцией добротности резонатора (рис. 9.5) световая волна внутри акустооптического модулятора (его называют также акустооптическим затвором) образует с плоскостью фронта ультразвуковой волны угол (), который должен удовлетворять соотношению:
, (9.4)
где – длина волны света в среде.
Для этого затвор должным образом ориентируют относительно оси резонатора. Угол называют углом Брэгга. Заметим, что соотношение (9.4) – это модификация соотношения (9.1).
Если пьезапреобразователь выключен (ультразвуковая волна отсутствует), световой пучок проходит через акустооптический затвор беспрепятственно. При включении пьезопреобразователя падающий световой пучок (обозначим его интенсивность через ) будет частично преобразовываться в дифрагированный пучок (интенсивность ), показан (см. рис.9.5) пунктирной прямой. Чем ближе к единице отношение , тем меньше пропускание затвора. Отношение называют эффективностью акустооптического затвора.
Быстродействие акустооптических затворов (время переключения добротности) примерно 10-7 с. Для уменьшения времени переключения надо уменьшать диаметр светового лучка в той точке, где помещается затвор, т.е. надо фокусировать световой пучок в затвор. Тогда будет уменьшаться время, в течение которого ультразвуковая волна пересекает пучок света; поэтому будет уменьшаться время, в течение которого возникает (или исчезает) дифрагированный световой пучок. Однако следует иметь в виду, что при фокусировке светового пучка уменьшается эффективность затвора , т.е. увеличивается пропускание затвора в запертом состоянии.