Det akusto-optiske programmerbare dispersive filter (AOPDF) er en speciel type akusto-optisk kollineær stråle modulator [1] , der er i stand til at forme spektralfasen og amplituden af ultrakorte laserimpulser . AOPDF blev opfundet af Pierre Tournoy. [2] Normalt bruges kvartskrystaller til fremstilling af AOPDF'er, der opererer i det ultraviolette område af spektret, paratelluritkrystaller bruges i det synlige og nær infrarøde område (op til 4 μm) , og calomel anvendes i området (3 ) -20 μm) . De nyligt introducerede lithiumniobatkrystaller tillader højfrekvent ultralyd (>100 kHz) at blive betjent på grund af den høje lydhastighed. AOPDF bruges også til aktiv overvågning af fasen af bærebølgeindhyllingen af optiske impulser med lav cyklus [3] og som en del af pulsmålekredsløb. På trods af at det akustiske optiske tunable filter i princippet har meget til fælles, bør AOPDF ikke forveksles med det, da den første parameter er overførselsfunktionen, og den anden parameter er impulsresponsen.
En vandrende akustisk bølge forårsager ændringer i de optiske egenskaber og danner et dynamisk volumetrisk gitter.
AOPDF er et programmerbart spektralfilter. Fra et signalbehandlingssynspunkt svarer AOPDF til et tidsmæssigt passivt lineært tværgående filter med en programmerbar endelig impulsrespons . Fase- og amplitudefiltrering i AOPDF opnås ved en dobbeltbrydende akusto-optisk effekt og kan repræsenteres af en foldning mellem amplituden af det optiske inputsignal E in (t) og et programmerbart akustisk signal S (t/α) proportionalt med det elektriske signal S (t) tilført den piezoelektriske transducer (normalt lavet af lithiumniobat ). Her er α en skaleringsfaktor lig med forholdet mellem lydens hastighed v og lysets hastighed c ganget med indeksforskellen n mellem almindelige og ekstraordinære bølger taget langs udbredelsesaksen i krystallen. I grænsen for lav diffraktionseffektivitet opfører AOPDF sig som et lineært filter, og en lille værdi på α (typisk 10 −7 ) tillader kvantitativ kontrol af optiske signaler med frekvenser fra 10 til 100 terahertz med elektriske signaler på tiere af megahertz, hvilket produceres nemt af kommercielle signalgeneratorer.
På grund af dets dobbeltbrydende medium er AOPDF polarisationsfølsom. Derudover roterer polariseringen af en diffrakteret bølge skabt af interaktionen mellem en indfaldende optisk bølge og en akustisk bølge i en krystal 90° i forhold til polariseringen af den indfaldende bølge. For en enkeltstråle optisk input kan der være op til 4 stråler ved AOPDF-udgangen: to transmitterede (ikke-bøjede) stråler som følge af dobbelt brydning, og (hvis der er en passende akustisk bølge i krystallen) to diffrakterede stråler svarende til til hver lineær polarisationskomponent (almindelig og usædvanlig) inputstråle. Som regel bruges en konventionelt polariseret stråle ved indgangen, og derfor observeres kun to stråler ved udgangen: en transmitteret stråle med en konventionel polarisering og en diffrakteret stråle med en usædvanlig polarisering.
Den spektrale intensitet af den diffrakterede bølge afhænger af den spektrale intensitet af den akustiske bølge (som igen afhænger af den effekt, der leveres til transduceren). Forholdet mellem diffraktionsintensitet og inputintensitet er diffraktionseffektiviteten. Den maksimale diffraktionseffektivitet er begrænset af ikke-lineære effekter. Det lineære regime opretholdes op til en diffraktionseffektivitet på ca. 50%. Den samlede effektivitet modificeres af Fresnel-tabet ved krystallens input- og outputfacetter, medmindre der anvendes en antirefleksbelægning .
Spektral båndbredde AOPDF er defineret som det område, som en enhed kan fungere over. Det er muligt at skelne den iboende båndbredde , som er begrænset af absorptionen af den akusto-optiske krystal, den samlede båndbredde af enheden , begrænset af impedanstilpasningen mellem den piezoelektriske transducer og RF-oscillatoren, og den øjeblikkelige båndbredde, bestemt af den maksimale samtidige spektrumbredde diffrakteret med rimelig effektivitet.