Un filtro dispersivo programable acústico-óptico (AOPDF) es un tipo especial de modulador acústico-óptico de haz colineal [1] capaz de dar forma a la fase espectral y la amplitud de pulsos láser ultracortos . AOPDF fue inventado por Pierre Tournois. [2] Normalmente, los cristales de cuarzo se utilizan 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 calomelano en el MIR (3-20 μm). Los cristales de niobato de litio introducidos recientemente permiten un funcionamiento con una 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 portadora 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 el impulso. respuesta .
La onda acústica que viaja induce variaciones en las propiedades ópticas, formando así una rejilla de volumen dinámica.
AOPDF es un filtro espectral programable . Desde el punto de vista del procesamiento de señales , el AOPDF corresponde a un filtro transversal lineal pasivo variable en el tiempo con una respuesta de impulso finita programable . El filtrado de fase y amplitud en el AOPDF se logra en virtud del efecto acústico-óptico birrefringente y puede representarse mediante 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 (fabricado 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 se producen fácilmente mediante generadores de formas de onda comerciales .
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, gira 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. correspondiente a cada componente de polarización lineal (ordinaria y extraordinaria) del haz de entrada. Normalmente, se utiliza un haz polarizado ordinariamente en la entrada y, por lo tanto, solo se observan dos haces en la salida: un haz transmitido polarizado ordinariamente y un haz difractado polarizado extraordinariamente.
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 máxima eficiencia de difracción está limitada por efectos no lineales. El régimen lineal persiste hasta eficiencias de difracción de aproximadamente el 50% [ cita necesaria ] . 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 antirreflectante .
El ancho de banda espectral del AOPDF se define como un rango sobre el cual 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. .