9.2.3.  Акустооптическая модуляция добротности

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.