Filtrul de dispersie programabil acusto-optic (AOPDF) este un tip special de modulator acusto-optic cu fascicul coliniar [1] capabil să modeleze faza spectrală și amplitudinea impulsurilor laser ultrascurte . AOPDF a fost inventat de Pierre Tournoy. [2] De obicei, cristalele de cuarț sunt utilizate pentru fabricarea AOPDF-urilor care funcționează în regiunea ultravioletă a spectrului, cristalele de paratelurit sunt utilizate în intervalele vizibile și în infraroșu apropiat (până la 4 μm) , iar calomelul este utilizat în intervalul (3) -20 μm) . Cristalele de niobat de litiu introduse recent permit operarea ultrasunetelor de înaltă frecvență (>100 kHz) datorită vitezei mari a sunetului. AOPDF este, de asemenea, utilizat pentru monitorizarea activă a fazei anvelopei purtătoare a impulsurilor optice cu ciclu scăzut [3] și ca parte a circuitelor de măsurare a impulsurilor. În ciuda faptului că, în principiu, filtrul optic acustic reglabil are multe în comun, AOPDF nu trebuie confundat cu acesta, deoarece primul parametru este funcția de transfer, iar al doilea parametru este răspunsul la impuls.
O undă acustică care călătorește provoacă modificări ale proprietăților optice, formând un grătar volumetric dinamic.
AOPDF este un filtru spectral programabil. Din punct de vedere al procesării semnalului, AOPDF corespunde unui filtru transversal liniar pasiv temporal cu un răspuns la impuls finit programabil . Filtrarea de fază și amplitudine în AOPDF se realizează printr-un efect acusto-optic birefringent și poate fi reprezentată printr-o convoluție între amplitudinea semnalului optic de intrare E în (t) și un semnal acustic programabil S (t / α) proporțional cu puterea electrică. semnalul S (t) alimentat la traductorul piezoelectric (de obicei realizat din niobat de litiu ). Aici α este un factor de scalare egal cu raportul dintre viteza sunetului v și viteza luminii c înmulțit cu diferența de indice n dintre undele obișnuite și extraordinare luate de-a lungul axei de propagare în cristal. În limita eficienței scăzute de difracție, AOPDF se comportă ca un filtru liniar, iar o valoare mică a α (de obicei 10 −7 ) permite controlul cantitativ al semnalelor optice cu frecvențe de la zeci la sute de teraherți cu semnale electrice de zeci de megaherți, care sunt ușor produse de generatoarele comerciale de semnal.
Datorită mediului său birefringent, AOPDF este sensibil la polarizare. În plus, polarizarea unei unde difractate creată de interacțiunea dintre o undă optică incidentă și o undă acustică dintr-un cristal se rotește cu 90° în raport cu polarizarea undei incidente. Pentru o intrare optică cu un singur fascicul, pot exista până la 4 fascicule la ieșirea AOPDF: două fascicule transmise (nedifractate) rezultate din dubla refracție și (dacă există o undă acustică adecvată în cristal) două fascicule difractate corespunzătoare la fiecare componentă de polarizare liniară (obișnuită și neobișnuită) fascicul de intrare. De regulă, la intrare este utilizat un fascicul polarizat convențional și, prin urmare, doar două fascicule sunt observate la ieșire: un fascicul transmis cu o polarizare convențională și un fascicul difractat cu o polarizare neobișnuită.
Intensitatea spectrală a undei difractate depinde de intensitatea spectrală a undei acustice (care, la rândul ei, depinde de puterea furnizată traductorului). Raportul dintre intensitatea de difracție și intensitatea de intrare este eficiența de difracție. Eficiența maximă de difracție este limitată de efectele neliniare. Regimul liniar este menținut până la o eficiență de difracție de aproximativ 50%. Eficiența generală este modificată de pierderea Fresnel la fațetele de intrare și de ieșire ale cristalului, cu excepția cazului în care se utilizează un strat antireflex .
Lățimea de bandă spectrală AOPDF este definită ca intervalul în care poate funcționa un dispozitiv. Este posibil să se distingă lățimea de bandă intrinsecă , care este limitată de absorbția cristalului acusto-optic, lățimea de bandă totală a dispozitivului , limitată de potrivirea impedanței dintre traductorul piezoelectric și oscilatorul RF și lățimea de bandă instantanee, determinată de lățimea maximă simultană a spectrului difractată cu o eficiență rezonabilă.