Micron Document
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<title>Akustooptischer Modulator</title>
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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Akustooptischer Modulator</span></h1>
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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Ein <b>akustooptischer Modulator</b> (AOM, auch <b>Bragg-Zelle</b>) ist ein optisches Bauelement, das einfallendes Licht in Frequenz und Ausbreitungsrichtung oder Intensität beeinflusst, <a href="Modulator_(Optik)" title="Modulator (Optik)">moduliert</a>. Hierzu wird in einem transparenten Festkörper mit Schallwellen ein <a href="Optisches_Gitter" title="Optisches Gitter">optisches Gitter</a> erzeugt. An diesem Gitter wird der Lichtstrahl <a href="Beugung_(Physik)" title="Beugung (Physik)">gebeugt</a> und gleichzeitig in seiner Frequenz verschoben.
</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau_und_Funktionsweise">Aufbau und Funktionsweise</h2></div>

<p>Ein akustooptischer Modulator besteht traditionell aus einem durchsichtigen Quader (z.&nbsp;B. <a href="Quarzglas" title="Quarzglas">Quarzglas</a> oder ein Kristall), in dem mittels eines <a href="Piezoelektrizit%C3%A4t" title="Piezoelektrizität">Piezoschwingers</a> <a href="K%C3%B6rperschall" title="Körperschall">Körperschall</a> (<a href="Ultraschall" title="Ultraschall">Ultraschall</a>) erzeugt wird. Gegenüber dem Piezoerreger befindet sich ein Schallabsorber, um Reflexionen und stehende Wellen zu vermeiden.
</p><p>Weiterhin gibt es auch <a href="Lichtwellenleiter" title="Lichtwellenleiter">faseroptische</a> akustooptische Modulatoren. Sie bieten geringere <a href="Einf%C3%BCged%C3%A4mpfung" title="Einfügedämpfung">Einfügedämpfung</a>, bessere Strahlqualität und eine leichtere Integration in faseroptische Systeme. Solche <i>All-Fiber AOM's</i> nutzen entlang der Faser laufende <a href="Biegewelle" title="Biegewelle">transversale</a> oder <a href="Longitudinalwelle" title="Longitudinalwelle">longitudinale</a> akustische Wellen. Letztere können z.&nbsp;B. ihrerseits im Faserkern befindliche <a href="Faser-Bragg-Gitter" title="Faser-Bragg-Gitter">Faser-Bragg-Gitter</a> modulieren.<sup id="cite_ref-osa_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-osa-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Die Ablenkung des Lichts in einem traditionellen akustooptischen Modulator funktioniert nach dem Prinzip der Beugung von Licht an einem optischen Gitter. Das optische Gitter besteht aus den Dichteschwankungen der den Kristall durchlaufenden Schallwelle.
</p><p>Die Schallwelle mit Frequenzen <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle f}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>f</mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle f}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/132e57acb643253e7810ee9702d9581f159a1c61.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:1.279ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle f}" loading="lazy"></span> von typischerweise 10 bis 2000&nbsp;MHz bewirkt im Kristall eine periodische Änderung der Dichte und damit eine periodische Modulation des <a href="Brechungsindex" title="Brechungsindex">Brechungsindex</a>. Der Abstand <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Lambda }">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi mathvariant="normal">Λ<!-- Λ --></mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Lambda }</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/0ac0a4a98a414e3480335f9ba652d12571ec6733.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.613ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \Lambda }" loading="lazy"></span> dieser „Gitterlinien“ ist gleich der Wellenlänge <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \lambda _{\mathrm {Schall} }}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>λ<!-- λ --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">S</mi>
<mi mathvariant="normal">c</mi>
<mi mathvariant="normal">h</mi>
<mi mathvariant="normal">a</mi>
<mi mathvariant="normal">l</mi>
<mi mathvariant="normal">l</mi>
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</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \lambda _{\mathrm {Schall} }}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/af0f388cbdbcccb828742d162b4116e014704546.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:5.882ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \lambda _{\mathrm {Schall} }}" loading="lazy"></span> der Ultraschallwelle und lässt sich aus der Schallgeschwindigkeit <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle c_{\mathrm {Schall} }}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>c</mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">S</mi>
<mi mathvariant="normal">c</mi>
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<mi mathvariant="normal">l</mi>
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</mrow>
</msub>
</mstyle>
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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle c_{\mathrm {Schall} }}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f8d927fa3e05a703f6d5f1416eb48551bb4d2e65.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:5.534ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle c_{\mathrm {Schall} }}" loading="lazy"></span> und der Schallfrequenz <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle f}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>f</mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle f}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/132e57acb643253e7810ee9702d9581f159a1c61.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:1.279ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle f}" loading="lazy"></span> berechnen zu
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \lambda _{\mathrm {Schall} }={\frac {c_{\mathrm {Schall} }}{f}}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>λ<!-- λ --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">S</mi>
<mi mathvariant="normal">c</mi>
<mi mathvariant="normal">h</mi>
<mi mathvariant="normal">a</mi>
<mi mathvariant="normal">l</mi>
<mi mathvariant="normal">l</mi>
</mrow>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
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<mfrac>
<msub>
<mi>c</mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi mathvariant="normal">S</mi>
<mi mathvariant="normal">c</mi>
<mi mathvariant="normal">h</mi>
<mi mathvariant="normal">a</mi>
<mi mathvariant="normal">l</mi>
<mi mathvariant="normal">l</mi>
</mrow>
</mrow>
</msub>
<mi>f</mi>
</mfrac>
</mrow>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \lambda _{\mathrm {Schall} }={\frac {c_{\mathrm {Schall} }}{f}}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7c0152440b32bdf130dfe4e801773cb02dff81be.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.338ex; width:15.351ex; height:5.176ex;" alt="{\displaystyle \lambda _{\mathrm {Schall} }={\frac {c_{\mathrm {Schall} }}{f}}}" loading="lazy"></span>.</dd></dl>
<p>Für den Kristall wird meist <a href="Lithiumniobat" title="Lithiumniobat">LiNbO<sub>3</sub></a> oder <a href="Wulfenit" title="Wulfenit">PbMoO<sub>4</sub></a> für sichtbares Licht und nahes Infrarot sowie <a href="Germanium" title="Germanium">Ge</a> für mittleres Infrarot verwendet. Typische <a href="Schallgeschwindigkeit" title="Schallgeschwindigkeit">Schallgeschwindigkeiten</a> in solchen Kristallen liegen zwischen 3700 und 4300&nbsp;m/s. Eine Frequenz von 195&nbsp;MHz ergibt eine Gitterkonstante von 19 bis 22&nbsp;μm. Dies sind typische Werte. Der genaue Wert hängt von der verwendeten Ultraschallfrequenz und der Schallgeschwindigkeit des verwendeten Mediums ab.
</p><p>Typischerweise ist der Querschnitt des einfallenden Lichtbündels deutlich größer als die räumliche Periode der Brechungsindexmodulation, und da die <a href="Lichtgeschwindigkeit" title="Lichtgeschwindigkeit">Lichtgeschwindigkeit</a> sehr viel größer als die Schallgeschwindigkeit ist, kann man näherungsweise annehmen, dass das Licht eine statische Brechungsindexmodulation sieht und eine konstruktive Interferenz des Lichtes für die <a href="Bragg-Gleichung" title="Bragg-Gleichung">Braggwinkel</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Theta _{m}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi mathvariant="normal">Θ<!-- Θ --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Theta _{m}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f2c87a804a1b69fcc4db95afe72c0fac5530c597.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.483ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \Theta _{m}}" loading="lazy"></span> mit
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \sin(\Theta _{m})={\frac {\lambda _{m}}{2\Lambda }}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>sin</mi>
<mo>⁡<!-- ⁡ --></mo>
<mo stretchy="false">(</mo>
<msub>
<mi mathvariant="normal">Θ<!-- Θ --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo>
<mo>=</mo>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mfrac>
<msub>
<mi>λ<!-- λ --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi mathvariant="normal">Λ<!-- Λ --></mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \sin(\Theta _{m})={\frac {\lambda _{m}}{2\Lambda }}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/15ac398bce2c3d182f799e0e27a879e8a6303954.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:15.113ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle \sin(\Theta _{m})={\frac {\lambda _{m}}{2\Lambda }}}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>erfährt, wobei <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \lambda _{m}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>λ<!-- λ --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \lambda _{m}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/3f539901b6e206558d2a9e0ddfba3682cc56bab4.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.03ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \lambda _{m}}" loading="lazy"></span> die Wellenlänge des Lichtes im Kristall und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Lambda }">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
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</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Lambda }</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/0ac0a4a98a414e3480335f9ba652d12571ec6733.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.613ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \Lambda }" loading="lazy"></span> die Periode der Brechungsindexmodulation sind.
</p><p>Das gestreute Licht erfährt eine <a href="Doppler-Effekt" title="Doppler-Effekt">Doppler-Frequenzverschiebung</a> mit der Frequenz <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Omega }">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi mathvariant="normal">Ω<!-- Ω --></mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Omega }</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/24b0d5ca6f381068d756f6337c08e0af9d1eeb6f.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.678ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \Omega }" loading="lazy"></span> des Ultraschalls. Der Vorgang ähnelt der Reflexion an einem bewegten Spiegel.
</p><p>Eine andere, dazu äquivalente Betrachtungsweise betrachtet die Schallwelle im Festkörper als <a href="Phonon" title="Phonon">Phononen</a>, die mit den <a href="Photon" title="Photon">Photonen</a> des Lichts wechselwirken. Die Ablenkung des Lichts kommt dadurch zustande, dass der <a href="Impuls_(Physik)" class="mw-redirect" title="Impuls (Physik)">Impuls</a> der Phononen zum Impuls der Photonen vektoriell addiert wird:
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \hbar {\vec {k}}_{\text{Photon, vorher}}+\hbar {\vec {k}}_{\text{Phonon}}=\hbar {\vec {k}}_{\text{Photon, nachher}}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi class="MJX-variant">ℏ<!-- ℏ --></mi>
<msub>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mover>
<mi>k</mi>
<mo stretchy="false">→<!-- → --></mo>
</mover>
</mrow>
</mrow>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Photon, vorher</mtext>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi class="MJX-variant">ℏ<!-- ℏ --></mi>
<msub>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mover>
<mi>k</mi>
<mo stretchy="false">→<!-- → --></mo>
</mover>
</mrow>
</mrow>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Phonon</mtext>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi class="MJX-variant">ℏ<!-- ℏ --></mi>
<msub>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mover>
<mi>k</mi>
<mo stretchy="false">→<!-- → --></mo>
</mover>
</mrow>
</mrow>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Photon, nachher</mtext>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \hbar {\vec {k}}_{\text{Photon, vorher}}+\hbar {\vec {k}}_{\text{Phonon}}=\hbar {\vec {k}}_{\text{Photon, nachher}}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/305cfeb39b937d862531799d23b64637080d1a03.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:42.523ex; height:3.509ex;" alt="{\displaystyle \hbar {\vec {k}}_{\text{Photon, vorher}}+\hbar {\vec {k}}_{\text{Phonon}}=\hbar {\vec {k}}_{\text{Photon, nachher}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>Hierbei ist <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \hbar ={\tfrac {h}{2\pi }}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi class="MJX-variant">ℏ<!-- ℏ --></mi>
<mo>=</mo>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0">
<mfrac>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>π<!-- π --></mi>
</mrow>
</mfrac>
</mstyle>
</mrow>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \hbar ={\tfrac {h}{2\pi }}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/94eb0659042837b01edc6da687e428d3af98f258.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.171ex; width:7.005ex; height:3.676ex;" alt="{\displaystyle \hbar ={\tfrac {h}{2\pi }}}" loading="lazy"></span> die <a href="Reduzierte_Planck-Konstante" class="mw-redirect" title="Reduzierte Planck-Konstante">reduzierte Planck-Konstante</a> und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle k}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>k</mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle k}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c3c9a2c7b599b37105512c5d570edc034056dd40.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.211ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle k}" loading="lazy"></span> der <a href="Wellenvektor" title="Wellenvektor">Wellenvektor</a> der Photonen bzw. Phononen.
In dieser Betrachtungsweise folgt aus der <a href="Energieerhaltung" class="mw-redirect" title="Energieerhaltung">Energieerhaltung</a>, dass sich durch die Wechselwirkung die Frequenz des Lichts um die Frequenz der Schallwelle ändert:
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle h\nu _{\text{Photon, vorher}}+h\nu _{\text{Phonon}}=h\nu _{\text{Photon, nachher}}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>h</mi>
<msub>
<mi>ν<!-- ν --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Photon, vorher</mtext>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>h</mi>
<msub>
<mi>ν<!-- ν --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Phonon</mtext>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>h</mi>
<msub>
<mi>ν<!-- ν --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Photon, nachher</mtext>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle h\nu _{\text{Photon, vorher}}+h\nu _{\text{Phonon}}=h\nu _{\text{Photon, nachher}}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9a229ce2a2fee80bb6f627e6ba22b7607a0405d2.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:42.432ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle h\nu _{\text{Photon, vorher}}+h\nu _{\text{Phonon}}=h\nu _{\text{Photon, nachher}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>Hier ist <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle h}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>h</mi>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle h}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b26be3e694314bc90c3215047e4a2010c6ee184a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.339ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle h}" loading="lazy"></span> die <a href="Planck-Konstante" title="Planck-Konstante">Planck-Konstante</a> und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \nu _{\text{Photon}}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>ν<!-- ν --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Photon</mtext>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \nu _{\text{Photon}}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/89dfb38d1afad53a1e531c7ef314060bf6c79db9.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:6.612ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle \nu _{\text{Photon}}}" loading="lazy"></span> die <a href="Frequenz" title="Frequenz">Frequenz</a> des Lichts, also der Photonen. Der Ausdruck <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \nu _{\text{Phonon}}}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<msub>
<mi>ν<!-- ν --></mi>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mtext>Phonon</mtext>
</mrow>
</msub>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \nu _{\text{Phonon}}}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/25af81cfbb900eb60c1fa867958328fa65be1a3d.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:6.886ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle \nu _{\text{Phonon}}}" loading="lazy"></span> bezeichnet die Frequenz der Schallwelle. Die Frequenz des Lichts wird also genau um die Frequenz der Schallwelle verschoben.
</p><p>Die relative Frequenzverschiebung des Lichtes ist sehr klein, da die Ultraschall-Frequenz (≈&nbsp;10<sup>7</sup>&nbsp;…&nbsp;10<sup>9</sup>&nbsp;Hz) wesentlich kleiner als die Frequenz des Lichts (≈&nbsp;10<sup>14</sup>&nbsp;…&nbsp;10<sup>15</sup>&nbsp;Hz) ist. Sie ist jedoch für einige Anwendungen wesentlich.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendungen">Anwendungen</h2></div>

<p>AOM werden zur Manipulation von Laserstrahlung verwendet. Die Anwendungen lassen sich folgendermaßen gliedern:
</p>
<ul><li><i>Schnelles Schalten</i>
<ul><li><a href="G%C3%BCteschalter" title="Güteschalter">Güteschaltung</a> in <a href="Gepulster_Laser" class="mw-redirect" title="Gepulster Laser">gepulsten Lasern</a>.</li>
<li>Blanking bei scannenden Verfahren wie bestimmte Verfahren der <a href="Fotolithografie_(Halbleitertechnik)" title="Fotolithografie (Halbleitertechnik)">Fotolithografie</a> oder <a href="Lasershow" title="Lasershow">Lasershows</a>.</li></ul></li></ul>
<ul><li><i>Ablenkung und Modulation</i>
<ul><li>Elektrisch steuerbare Ablenkung eines Laserstrahls, z.&nbsp;B. für automatisches Justieren der Strahlposition. Im besten Fall hat das dafür verwendete Maximum erster Ordnung (<span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle m=1}">
<semantics>
<mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
<mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0">
<mi>m</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mstyle>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle m=1}</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b6100c5ebd48c6fd848709f2be624465203eb173.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:6.301ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle m=1}" loading="lazy"></span>) über 90&nbsp;% der Strahlintensität; der Rest geht verloren (nicht abgelenkt oder höhere Ordnungen)</li>
<li>Amplitudenmodulation des Laserstrahls durch Ablenkung in einen Absorber. Dies beruht darauf, dass bei geringer Intensität der Schallwelle der abgelenkte Anteil des Strahls proportional zur Schallintensität ist.</li>
<li>Einbringen zeitlich periodischer Verluste in einen Laserresonator, zur aktiven <a href="Modenkopplung" title="Modenkopplung">Modenkopplung</a> des Lasers, sorgt für gepulsten Betrieb.</li></ul></li></ul>
<ul><li><i>Frequenzverschiebung</i>
<ul><li>Heterodyn-<a href="Interferometer" class="mw-redirect" title="Interferometer">Interferometer</a>,</li>
<li>Erzeugung laufender Interferenzmuster zwischen dem ursprünglichen Laserstrahl und dem durch den AOM-frequenzverschobenen Laserstrahl,</li>
<li>Anwendungen in der hochauflösenden <a href="Spektroskopie" title="Spektroskopie">Spektroskopie</a> und für Manipulation von Atomen in <a href="Ionenfalle" title="Ionenfalle">Ionenfallen</a>,</li>
<li><a href="Laser-Doppler-Anemometrie" title="Laser-Doppler-Anemometrie">Laser-Doppler-Anemometrie</a>, um die Bewegungsrichtung zu bestimmen,</li>
<li><a href="Laser-Doppler-Vibrometrie" class="mw-redirect" title="Laser-Doppler-Vibrometrie">Laser-Doppler-Vibrometrie</a>.</li></ul></li></ul>
<ul><li><i>Frequenzselektion</i>
<ul><li>Auswahl der Farbe für mehrfarbige <a href="Lasershow" title="Lasershow">Lasershows</a>.</li></ul></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>
<ul><li><a href="Photoelastischer_Modulator" title="Photoelastischer Modulator">Photoelastischer Modulator</a></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>
<ul><li>Naumann, Schröder: <i>Bauelemente der Optik. Taschenbuch der technischen Optik.</i> Fachbuchverlag Leipzig</li>
<li>Frank L. Pedrotti, Leno S. Pedrotti, Werner Bausch: <i>Optik für Ingenieure. Grundlagen.</i> Springer, Berlin</li>
<li>Helmbrecht Bauer: <i>Lasertechnik: Grundlagen und Anwendungen.</i> Vogel-Verlag, Würzburg</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>
<ol class="references">
<li id="cite_note-osa-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-osa_1-0">↑</a></span> <span class="reference-text">R. E. Silva, T. Tiess, M. Becker, T. Eschrich, M. Rothhardt, M. Jäger, A. A. P. Pohl, H. Bartelt: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">All-fiber 10 MHz acousto-optic modulator of a fiber Bragg grating at 1060&nbsp;nm wavelength</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Optics Express</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>23</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>20</span>, 2015, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em">&nbsp;</span>25972–25978</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1364/OE.23.025972">10.1364/OE.23.025972</a></span> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&amp;rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Akustooptischer+Modulator&amp;rft.atitle=All-fiber+10+MHz+acousto-optic+modulator+of+a+fiber+Bragg+grating+at+1060+nm+wavelength&amp;rft.au=R.+E.+Silva%2C+T.+Tiess%2C+M.+Becker%2C+...&amp;rft.date=2015&amp;rft.doi=10.1364%2FOE.23.025972&amp;rft.genre=journal&amp;rft.issue=20&amp;rft.jtitle=Optics+Express&amp;rft.pages=25972-25978&amp;rft.volume=23" style="display:none">&nbsp;</span></span>
</li>
</ol>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>
<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.rp-photonics.com/acousto_optic_modulators.html"><i>Acousto-optic Modulators</i></a> in der <i>Encyclopedia of Laser Physics and Technology</i> (englisch)</li>
<li><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="http://web.archive.org/web/20071008101436/http://www.brimrose.com/Index/HomeFile/Products/aoDevices_file/aco_files/aointro.pdf"><i>Introduction to Acousto-Optics.</i></a> (PDF; 237&nbsp;kB) Brimrose Corporation of America, 2002, archiviert vom <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r250917974">
/* start https://de.wikipedia.org/ */


.mw-parser-output .dewiki-iconexternal>a{background-position:center right!important;background-repeat:no-repeat!important}body.skin-minerva .mw-parser-output .dewiki-iconexternal>a{background-image:url("./_mw_/OOjs_UI_icon_external-link-ltr-progressive.svg")!important;background-size:10px!important;padding-right:13px!important}body.skin-timeless .mw-parser-output .dewiki-iconexternal>a,body.skin-monobook .mw-parser-output .dewiki-iconexternal>a{background-image:url("./_mw_/MediaWiki_external_link_icon.svg")!important;padding-right:13px!important}body.skin-vector .mw-parser-output .dewiki-iconexternal>a{background-image:url("./_mw_/Link.ernal-small-ltr-progressive.svg")!important;background-size:0.857em!important;padding-right:1em!important}


/* end https://de.wikipedia.org/ */
</style><span class="dewiki-iconexternal"><a class="external text" href="https://redirecter.toolforge.org/?url=http%3A%2F%2Fwww.brimrose.com%2Fpdfandwordfiles%2Faointro.pdf">Original</a></span> (nicht mehr online verfügbar) am <span style="white-space:nowrap;">8.&nbsp;Oktober 2007</span><span style="display:none">;</span><span class="Abrufdatum" style="display:none"> abgerufen am 28.&nbsp;Januar 2010</span> (englisch).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&amp;rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AAkustooptischer+Modulator&amp;rft.title=Introduction+to+Acousto-Optics&amp;rft.description=Introduction+to+Acousto-Optics&amp;rft.identifier=http%3A%2F%2Fweb.archive.org%2Fweb%2F20071008101436%2Fhttp%3A%2F%2Fwww.brimrose.com%2FIndex%2FHomeFile%2FProducts%2FaoDevices_file%2Faco_files%2Faointro.pdf&amp;rft.publisher=Brimrose+Corporation+of+America&amp;rft.date=2002&amp;rft.source=http://www.brimrose.com/pdfandwordfiles/aointro.pdf&amp;rft.language=en">&nbsp;</span></li>
<li><span class="cite">N. Zhang: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://static1.squarespace.com/static/58cd62b759cc688ab46997dd/t/58fa2216bf629a1c569661c3/1492787735457/tunable_filter.pdf"><i>Acousto-Optic Tunable Filters Spectrally Modulate Light.</i></a> (PDF; 585&nbsp;kB) Brimrose Corporation of America, 2011<span style="display:none">;</span><span class="Abrufdatum" style="display:none"> abgerufen am 3.&nbsp;Mai 2023</span> (englisch).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&amp;rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AAkustooptischer+Modulator&amp;rft.title=Acousto-Optic+Tunable+Filters+Spectrally+Modulate+Light&amp;rft.description=Acousto-Optic+Tunable+Filters+Spectrally+Modulate+Light&amp;rft.identifier=https%3A%2F%2Fstatic1.squarespace.com%2Fstatic%2F58cd62b759cc688ab46997dd%2Ft%2F58fa2216bf629a1c569661c3%2F1492787735457%2Ftunable_filter.pdf&amp;rft.creator=N.+Zhang&amp;rft.publisher=Brimrose+Corporation+of+America&amp;rft.date=2011&amp;rft.language=en">&nbsp;</span></li></ul></div><!--htdig_noindex--><div><div class="zim-footer">
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