Filtro dispersivo programable acústico-óptico
Un filtro dispersivo programable acústico-óptico (AOPDF) es un tipo especial de modulador acústico-óptico de haz colineal [1] capaz de moldear la fase espectral y la amplitud de pulsos láser ultracortos . El AOPDF fue inventado por Pierre Tournois. [2] Normalmente, se utilizan cristales de cuarzo para la fabricación de los AOPDF que operan en el dominio espectral UV, los cristales de paratelurito se utilizan en el visible y el NIR (hasta 4 μm) y el calomelanos en el MIR (3–20 μm). Los cristales de niobato de litio introducidos recientemente permiten una operación de alta tasa de repetición (> 100 kHz) debido a su alta velocidad acústica. El AOPDF también se utiliza para el control activo de la fase de la envolvente del portador de pulsos ópticos de pocos ciclos, [3] como parte de esquemas de medición de pulsos [4] y técnicas de espectroscopia multidimensional. [5] [6] Aunque comparte mucho en principio de funcionamiento con un filtro sintonizable acústico-óptico , el AOPDF no debe confundirse con él, ya que en el primero el parámetro sintonizable es la función de transferencia y en el segundo es la respuesta al impulso .
Teoría del funcionamiento
La onda acústica viajera induce variaciones en las propiedades ópticas, formando así una rejilla de volumen dinámico.
Modelado de pulso
AOPDF es un filtro espectral programable . Desde el punto de vista del procesamiento de señales , el AOPDF corresponde a un filtro transversal lineal pasivo variante en el tiempo con una respuesta de impulso finito programable . El filtrado de fase y amplitud en el AOPDF se logra en virtud del efecto acústico-óptico birrefringente y puede representarse por una convolución entre la amplitud de la señal óptica de entrada E en ( t ) y una señal acústica programable S ( t / α ) proporcional a la señal eléctrica S ( t ) aplicada al transductor piezoeléctrico (hecho típicamente de niobato de litio ). Aquí, α es un factor de escala igual a la relación entre la velocidad del sonido v y la velocidad de la luz c multiplicada por la diferencia de índice Δ n entre las ondas ordinarias y extraordinarias tomadas a lo largo del eje de propagación en el cristal. En el límite de baja eficiencia de difracción, el AOPDF se comporta como un filtro lineal y el pequeño valor de α (típicamente 10 −7 ) permite el control cuantitativo de señales ópticas con frecuencias de decenas a cientos de terahercios con señales eléctricas de decenas de megahercios, que son fácilmente producidas por generadores de formas de onda comerciales .
Polarización
Debido a su naturaleza birrefringente, el AOPDF es intrínsecamente sensible a la polarización. Además, la polarización de la onda difractada, creada como resultado de la interacción entre la onda óptica incidente y la onda acústica en el cristal, está rotada 90° con respecto a la polarización de la onda incidente. Para la entrada óptica de un solo haz, podría haber hasta 4 haces en la salida del AOPDF: dos haces transmitidos (no difractados) que surgen de la doble refracción y (en presencia de una onda acústica adecuada en el cristal) dos haces difractados correspondientes a cada componente de polarización lineal (ordinario y extraordinario) del haz de entrada. Normalmente, se utiliza un haz polarizado ordinario en la entrada y, por lo tanto, solo se observan dos haces en la salida: un haz transmitido polarizado ordinario y un haz difractado polarizado extraordinario.
Eficiencia de difracción
La intensidad espectral de la onda difractada depende de la intensidad espectral de la onda acústica (que depende, a su vez, de la potencia de RF aplicada al transductor). La relación entre la intensidad difractada y la de entrada representa la eficiencia de difracción. La eficiencia máxima de difracción está limitada por efectos no lineales. El régimen lineal persiste hasta eficiencias de difracción de aproximadamente el 50% [ cita requerida ] . La eficiencia total se ve alterada por las pérdidas de Fresnel en las caras de entrada y salida del cristal a menos que se utilice un revestimiento antirreflejo .
Ancho de banda espectral
El ancho de banda espectral del AOPDF se define como un rango en el que el dispositivo puede operar. Se puede distinguir el ancho de banda intrínseco , que está limitado por la absorción del cristal acústico-óptico, el ancho de banda total del dispositivo , limitado por la adaptación de impedancia entre el transductor piezoeléctrico y el generador de radiofrecuencia, y el ancho de banda instantáneo definido por el ancho espectral simultáneo máximo difractado con una eficiencia razonable.
Véase también
Referencias
- ^ IC Chang (1992). «Filtros acústico-ópticos sintonizables de haz colineal». Electronics Letters . 28 (13): 1255–1256. Código Bibliográfico :1992ElL....28.1255C. doi :10.1049/el:19920793. Archivado desde el original el 19 de diciembre de 2019.
- ^ Pierre Tournois (1997). "Filtro dispersivo programable acústico-óptico para la compensación adaptativa de la dispersión del tiempo de retardo de grupo en sistemas láser". Optics Communications . 140 (4–6): 245–249. Bibcode :1997OptCo.140..245T. doi :10.1016/S0030-4018(97)00153-3.
- ^ L. Canova; et al. (2009). "Estabilización y control de la fase de la envolvente portadora utilizando un compresor de rejilla de transmisión y un AOPDF". Optics Letters . 34 (9): 1333–5. Bibcode :2009OptL...34.1333C. doi :10.1364/OL.34.001333. PMID 19412263.
- ^ N. Forget (2010). "Técnicas de medición de pulsos utilizando un único modelador espectral de amplitud y fase". JOSA B . 27 (4): 742–756. doi :10.1364/JOSAB.27.000742.
- ^ Z. Zhang (2012). "Esquemas de ciclo de fase para espectroscopia electrónica bidimensional con geometría de haz de bombeo-sonda". Chemical Physics Letters . doi :10.1016/j.cplett.2012.08.037.
- ^ O. Schubert (2013). "Línea de retardo acústico-óptica de escaneo rápido con una frecuencia de escaneo de 34 kHz y una precisión de 15". Optics Letters . arXiv : 1807.04752 . doi :10.1364/OL.38.002907.
