Cambio en el índice de refracción debido al efecto acústico-óptico, y el uso de moduladores acústico-ópticos únicamente con el propósito de desplazamiento de frecuencia.

Question

El Capítulo 3 Acústico-Óptico del libro de texto Óptica de Cristal - Propiedades y Aplicaciones por Ashim Kumar Bain dice lo siguiente:

En general, los efectos acústico-ópticos se basan en el cambio en el índice de refracción de un medio causado por la tensión mecánica producida por una onda acústica. Dado que la tensión mecánica varía periódicamente en la onda acústica, el índice de refracción del medio también varía periódicamente dando lugar a un rejilla de índice de refracción. Cuando un haz de luz incide en dicha rejilla de índice de refracción, se produce difracción y esto produce ya sea difracción de múltiples órdenes o solo difracción de un solo orden. El primero se conoce como difracción de Raman-Nath y generalmente se observa a bajas frecuencias acústicas. El segundo es análogo a la difracción de Bragg de los rayos X en cristales y se conoce como difracción de Bragg. Generalmente se observa a altas frecuencias acústicas.

Se dice que la tensión mecánica causa un cambio en el índice de refracción. Dado que el índice de refracción está cambiando, eso significa que la posición/dirección del haz al salir del material también cambiará (por el ángulo de refracción). Además, sé que se utilizan moduladores acústico-ópticos para cambiar la frecuencia de un haz láser. Pero ¿no significa esto que el uso de un modulador acústico-óptico con el propósito de cambiar la frecuencia de un haz láser también implicará que el haz láser cambiará de posición/dirección, ya que ambos efectos se deben al cambio en el índice de refracción? Entonces, ¿si alguien está utilizando un modulador acústico-óptico con el único propósito de cambiar la frecuencia de un haz láser, no significa que también tendrán que lidiar con el efecto (potencialmente indeseable) de que el haz cambie de posición/dirección? En otras palabras, ¿esto no crea otros problemas? A pesar de todo, la gente realmente utiliza moduladores acústico-ópticos cuando solo desean el efecto de cambio de frecuencia. ¿Es esto porque el efecto del cambio de dirección/posición del haz es insignificante?

Answer 1

Es cierto, el ángulo del haz transmitido depende del orden de difracción y del cambio de frecuencia. El efecto puede ser significativo, por ejemplo, usamos AOMs en nuestro laboratorio para cambiar la frecuencia de un haz y así poder observar átomos de $^{87}$Rb; notamos una caída repentina en la intensidad después de un cambio de frecuencia debido a que el haz modificado no se acopla al cable de fibra óptica.

Sin embargo, el cambio en la posición del haz se puede cancelar haciendo pasar de nuevo el haz a través del mismo AOM, esto se llama un doble paso. Si solo te interesa ajustar tu haz a una frecuencia única donde es poco probable que se desplace demasiado, entonces un solo paso es suficiente. Un doble paso se puede utilizar cuando es necesario escanear grandes rangos de frecuencia, como en la transición de enfriamiento en equipos de trampa magneto-óptica. El doble paso también tiene el efecto de cambiar la frecuencia el doble del valor de un solo paso.

Consulta aquí para configurar un AOM de doble paso