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Un modulateur acousto-optique (MAO, ou AOM en anglais, pour acousto-optic modulator), également appelé cellule de Bragg, utilise l’effet acousto-optique pour diffracter et changer la fréquence de la lumière par ondes sonores (généralement proche des fréquences radio). Il est utilisé dans les lasers pour la commutation-Q, en télécommunication pour effectuer de la modulation du signal, et en spectroscopie pour du contrôle de fréquence.
La possibilité d'interaction entre ondes acoustiques et lumière est prédite par Léon Brillouin en 1922[1]
La propagation de l'onde acoustique dans le milieu se traduit par des variations de pression dans le milieu et donc par des variations d'indice (optique) du milieu[2].
Un oscillateur piézo-électrique est relié à un matériau, par exemple du verre. Un signal électrique oscillant force la cellule piézo-électrique à vibrer, ce qui crée des ondes sonores dans le verre. Ceci peut être imaginé comme des plans de dilatation et de compression, se déplaçant périodiquement, et venant changer l’indice de réfraction. La lumière entrante est dispersée (voir dispersion de Brillouin) en dehors de la modulation périodique de l’indice résultante, et une interférence a lieu, similaire à celle créée lors d’une diffraction de Bragg. L’interaction peut être pensée comme le mélange de quatre ondes entre phonons et photons.
La totalité des informations reportées ci-après sont valables pour un fonctionnement optimal du modulateur. Le fonctionnement optimal du MAO est effectif dans le cas où l'angle entre l'axe de passage du modulateur et l'axe du faisceau entrant est égal à l'angle de Bragg. Cet angle est caractéristique de chaque modulateur acousto-optique, habituellement de l'ordre de quelques milliradians. Dans ce cas, les propriétés de la lumière sortant du MAO peuvent être contrôlées suivant cinq paramètres :
Les modulateurs acousto-optiques sont plus rapides que leurs homologues mécaniques, comme les miroirs basculants. Le temps que prend un MAO pour modifier le rayon sortant est limité par le temps de transit de l’onde sonore à travers le rayon (généralement compris entre 5 et 100 nanosecondes). C’est suffisamment rapide pour autoriser le verrouillage de mode actif dans un laser ultra-rapide. Quand un contrôle plus rapide est nécessaire, on utilise alors des modulateurs électro-optiques (en). Il faut cependant les alimenter avec des fortes tensions (de l’ordre de 10 kilovolts), alors que les MAO offrent une plage de déflexion plus grande, sont d’une conception simple, et consomment peu de puissance (inférieure à 3 watts).
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