Akusto-optischer Modulator

Akusto-optische Modulatoren (AOMs) sind unverzichtbare Bauteile in modernen Optiklabors. Mit ihnen lassen sich sowohl die Intensität und Frequenz von Laserstrahlen modulieren als auch deren Richtung. Die Anwendungsgebiete von AOMs umfassen bspw. die Erzeugung von Laserpulsen (entweder durch direkte Intensitätsmodulation oder z.B. über Q-switching), Grundlagenforschung (Spektroskopie, Laserkühlung, Bose-Einstein-Kondensation), Quantenoptik (elektromagnetisch-induzierte Transparenz, „ultra-slow light“, Speicherung und Auslesen von Lichtpulsen), die Telekommunikation (Signalmodulation) sowie Drucken mittels Laserstrahlung und Lasershows.

Das Prinzip der akusto-optischen Modulation beruht auf der Beugung von (Laser-)Licht an einem periodischen Brechungsindexgitter. Ein piezoelektrischer Aktor erzeugt eine Schallwelle in einem Kristall durch den der zu modulierende Laserstrahl geleitet wird. Diese Schallwelle bewirkt eine periodische Modulation des Brechungsindexes, d.h. ein Gitter an dem der Laserstrahl reflektiert wird. Dies ist analog zur Bragg-Reflexion. Anstatt der Beugung von Röntgenstrahlen an den Gitterebenen eines Kristalls, erfolgt die Beugung im Fall der akusto-optischen Modulation an den Gitterebenen der induzierten Schallwelle. Durch

Variation des Winkels zwischen einlaufendem Laserstrahl und Schallwelle in dem Kristall lassen sich verschiedene Beugungsordnungen beobachten, für welche die gebeugte Strahlung durch konstruktive Interferenz maximal wird.

Ziel des Versuchs ist es, sich mit der Funktionsweise von AOMs vertraut zu machen und diese anhand der Aufgabenstellungen anzuwenden. Dazu zählen die Charakterisierung eines AOMs, Erzeugung von Laserpulsen, Messung von Frequenzverschiebungen und kontrollierte zwei-dimensionale Ablenkung eines Laserstrahls. Die Messwertaufnahme erfolgt mittels modernster Technik, wie bspw. Digitaloszilloskop und Radiofrequenz-Spektralanalysator, wie sie auch in modernen Optiklaboren eingesetzt werden.