acousto-optique

L'acoustooptique est l'application pratique de la façon dont les ondes ultrasonores déforment l'indice de réfraction d'un matériau transparent, ce qui provoque la diffraction de la lumière qui le traverse dans de nouvelles directions. Lorsque le son se propage à travers le verre, l'eau ou un cristal, il comprime et raréfie le matériau périodiquement. Cela crée un réseau de diffraction dynamique qui agit sur la lumière de la même manière qu'un réseau physique, mais avec l'avantage clé de pouvoir l'activer et le désactiver électriquement, ou d'ajuster son comportement en modifiant la fréquence acoustique.

Le dispositif central est un modulateur acoustooptique (MAO), qui se compose d'un transducteur piézoélectrique lié à un matériau transparent tel que le dioxyde de tellure (TeO2) ou la silice fondue. Un courant électrique radiofréquence alimente le transducteur, générant des ondes ultrasonores de 20 MHz à plus de 1 GHz. Un faisceau laser dirigé à travers le cristal rencontre l'onde sonore en mouvement et y couple de l'énergie, l'efficacité et l'angle de déviation étant déterminés par la fréquence et la puissance acoustiques.

Variantes et utilisation industrielle

Les déflecteurs acoustooptiques dirigent un seul faisceau vers une cible sans éléments optiques mobiles, ce qui les rend essentiels dans les systèmes de balayage laser, les lecteurs de codes-barres et le marquage laser dynamique. Les filtres accordables acoustooptiques (FAAO) agissent comme des dispositifs sélectifs en longueur d'onde, extrayant une bande spectrale étroite de la lumière à large bande ; ceux-ci sont courants dans la spectroscopie et les systèmes d'imagerie fonctionnant avec plusieurs lignes laser. Les modulateurs acoustooptiques eux-mêmes sont utilisés pour commuter et moduler l'intensité ou la fréquence du laser avec des temps de réponse inférieurs à la microseconde, bien plus rapidement que les obturateurs mécaniques.

La principale limitation est que l'efficacité de diffraction diminue considérablement en dehors de la longueur d'onde et de la plage angulaire de conception. Les longueurs d'onde plus longues diffractent moins efficacement, et l'interaction acoustooptique est la plus forte uniquement lorsque la longueur d'onde acoustique et la longueur d'onde lumineuse satisfont la condition de diffraction de Bragg. La dérive thermique du matériau et les changements d'impédance du transducteur peuvent dégrader les performances sur des heures ou des jours, de sorte que de nombreux MAO incluent une stabilisation de la température et des circuits d'adaptation d'impédance.

Le nom reflète la double nature du phénomène : les ondes acoustiques créent une modulation qui agit optiquement sur la lumière. Comme aucun mouvement mécanique n'est nécessaire, les dispositifs acoustooptiques sont fiables, compacts et facilement contrôlables par l'électronique. Ils apparaissent dans le traitement des matériaux par laser, l'imagerie médicale, le traitement du signal optique et l'instrumentation scientifique partout où un contrôle rapide et précis de la lumière est requis sans pièces mobiles dans le trajet du faisceau.