Aktive Modenkopplung mit akustooptischem Modulator

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Hallo,
Ich hab das leider noch nicht vollständig mit der aktiven Modenkopplung mit einem akustooptischen Modulator verstanden....

Ich hab verstanden, dass das Licht (Frequenz \nu) an der Schallwelle(Frequenz f)gebeugt wird, und dass daher Seitenbänder entstehen (im Gegensatz zur normalen Bragg-Brechung, bei der sich die Frequenzen nicht ändern, können sie sich hier ändern, da es sich um eine bewegte Schallwelle handelt. ) bei \nu \pm f. Ich versteh nicht, was jetzt weiter passiert. Das Licht soll ja jetzt ausgekoppelt werden, und nur dass Licht mit maximaler Amplitude soll verstärkt werden. Ich versteh nicht, wie der akustooptische Modulator das macht.....woher weiss er, welches Licht ausgekoppelt werden soll.
Ich hoffe, ich hab es nicht zu schlecht formuliert.....
Danke
Viele Grüße
Kraemmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Der akustooptische Modulator bestimmt gar nicht, welches Licht ausgekoppelt werden soll. Er sorgt nur dafür, dass verschiedene Frequenzen im Laserresonator herumschwirren, und dass diese Frequenzen eine definierte Phasenbeziehung zueinander haben.

Helfen dir da Quellen wie zum Beispiel

http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physikalischeelektronik/phys_elektr/node211.html

zusätzlich weiter?

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Hallo
Vielen Dank für die Antwort. Gerde die Seite, hat mich auf die Idee gebracht, mit dem Auskoppeln, wegen dem Bild im Anhang. und wegen den Sätzen:

"Auf dem Rückweg muss das ausgekoppelte Licht unabgelenkt durch den Modulator gehen "
und "Der akusto-optische Modulator moduliert die Transmission des Laserresonators "

tut mir leid, dass ich das so aus dem Kontext nehme. Also ich versteh , dass im Frequenzbild prima, dass einfach die Seitenbänder durch die Bragg Brechung an einer bewegten Ultraschallwelle entstehen, und daher Seitenbänder entstehen. Und das diese Seitenbänder eine feste Phasenbeziehung zur Hauptfrequenz haben.

Und man spricht auch immer von Amplitudenmodulation. Das ist mir leider auch nicht ganz klar.

Aber ich versteh leider nicht, wie das im Zeitbild ist:
in einem Buch steht: "Falls eine Lichtwelle auf ein solches Gitter fällt (also die Ultraschallwelle), wird ein Teil der Intensität in eine andere Richtung gebeugt. Dieser Teil kann bei geeigneten Laser-Parametern aus dem Resonator herausgelenkt werden, wodurch ein zeitlich periodisch modulierter Energieverlust entsteht" Aus Herrmann Laser für ultrakurze Lichtimpulse

Tut mir leid, dass es so lang wurde
Viele Grüße
Krämmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Lassen wir erst einmal das mit der Amplitudenmodulation und dem Zitat aus dem Herrmann beiseite.

Und widmen uns erst einmal nur deiner Frage, die sich auf die Abbildung des gütegeschalteten (Q-switched) Lasers bezieht, die du zeigst.

In dieser Abbildung ist normalerweise der akusto-optische Modulator (AOM) angeschaltet, das Licht geht also an ihm "um die Ecke" und läuft im Resonator hin und her.

Wenn man dann mal kurz den AOM ausschaltet, dann geht das Licht geradeaus durch ihn hindurch und gerät damit auf den Pfad, auf dem es aus dem Laserresonator ausgekoppelt wird.

Der AOM ist dabei also wie eine Weiche, die bestimmt, ob der Lichtstrahl im Resonator bleibt (AOM an) oder aus dem Resonator ausgekoppelt wird (AOM aus).

Man lässt also immer abwechselnd den AOM eine Weile lang an (das Licht bleibt im Resonator und wird beim Hin- und Herlaufen immer mehr verstärkt, weil das Licht im Resonator drinbleibt, hat der Resonator eine hohe Güte) und dann einen kurzen Moment lang aus (dann bleibt das Licht nicht im Resonator drin, und der Resonator hat einen kurzen Moment lang eine sehr niedrige Güte).

Der AOM ist hier also einfach erstmal nur der "Güteschalter" für den gütegeschalteten Laser.

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Super, Danke, hab ich gut verstanden.

Ich hab jetzt einen neuen Text gefunden, mit dem denke ich hab ich es ein bisschen besser verstanden:

Angenommen die Ultraschallwelle ist jetzt erzeugt, dann wird das Licht gebeugt und um den Betrag der Frequenz des Modulators verschoben.

Kleine Frage: Das Verschieben der Frequenz geht doch wirklich nur an einer bewegten Ultraschallwelle und nicht an einer stehenden? normalerweise bei Bragg Brechung, ändert sich doch Frequenz nie.

Buch Klemens Jesse:
Die in der geschlossenen PHase des Schalters d.h. in den Nulldurchgängen der stehenen akustischen Schwingung eintretenden Photonen laufen aus der Achse hinaus und gehen dabei der Verstärkung verloren.

Frage: Es wundert mich, dass er von stehenden Schwingungen redet. Warum laufen diese Photonen hinaus. Sie werden ja einfach nicht gebeugt oder, und dann ist das vielleicht so ähnlich wie in dem Bild, welches ich angehängt hatte.

Dann würde ich verstehen, dass es sich um eine Verlustmodulation handelt......und könnte verstehen, dass im frequenz bild :

einerseits alle moden gekoppelt werden und andererseits nicht gekoppelte moden verluste erleiden
Danke
Viele Grüße
Kraemmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Das Zitat aus dem Jesse bezieht sich auf die aktive Modenkopplung, Entschuldigung...

Da steht, dass der akustooptische Modulator wie eine Art Schalter wirkt, der die Resonatorphotonen im Takt mit der doppelten Resonatorfrequenz bringt. (ich denk damit meint er einfach die Seitenbänder).

Und das in der geschlossenen Phase des Schalters, d. h. in den Nulldurchgängen der stehenden akustischen Schwingung in das Prisma eintretende Photonen aus der Resonatorachse herauslaufen und dabei der Verstärkung verloren gehen.

Und da versteh ich den letzten punkt nicht so ganz. und ich denke, dass ist so ähnlich, wie in dem gütegeschalteten bild, weil photonen die auf die ultraschallwelle im nulldurchgang treffen, werden ja nicht abgelenkt. Und die die nicht abgelenkt werden, werden dann augekoppelt.... Glaub ich...
Vielen Dank und
Viele Grüße
Kraemmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Okay, dann geht es nun also darum, wie der AOM bei der aktiven Modenkopplung die Transmission des Laserresonators moduliert.

Und das nicht durch An- und Ausschalten des kompletten AOMs, sondern ganz normal bei einem Dauerbetrieb des AOMs.

Wenn also zum Beispiel der Laserresonator so justiert ist, dass die 0. Ordnung des AOMs im Laserresonator bleibt, dann schwankt die vom AOM in Richtung dieser 0. Ordnung durchgelassene Lichtintensität ganz offenbar mit der doppelten Frequenz der Schallwelle des AOMs.

Ich würde das allerdings eher nicht mit einer stehenden Welle im AOM erklären (denn meist ist auf einer Seite so eines AOMs ein "Wellenschlucker", damit die Welle nur in einer Richtung durch den AOM laufen soll). Sondern ich würde da eher sagen, dass der Intensitätsanteil, der vom AOM seitlich in die verschiedenen Ordnungen weggebeugt wird (und der dann also aus dem Laserresonator verlorengeht), immer dann besonders hoch ist, wenn der Lichtstrahl im AOM gerade auf einen Wellenberg oder auf ein Wellental (also auf eine Stelle hoher Schallwellenauslenkung) trifft.

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Vielen Dank! Hab`s jetzt verstanden.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Kleine Korrektur zu meinem letzten Absatz von eben:

Typische Wellenlängen der Schallwellen in so einem AOM scheinen mir einige 10 Mikrometer zu sein, also trifft so ein Lichtstrahl nie wirklich auf nur "einen Wellenberg" oder "ein Wellental".

Und der "Wellenschlucker" am einen Ende eines AOMs soll zwar stehende Wellen reduzieren helfen, wird das in der Realität aber wohl nicht zu 100% schaffen.

Also schließe ich mich mit dieser Überlegung dann doch lieber der Argumentation mit der stehenden Welle aus deinem Buch als Grund für die Intensitätsmodulation an. Denn diese stehende Welle ist ein Gitter für das Licht, dessen Stärke mit der doppelten Frequenz der Schallwelle schwankt.

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Ich hab nochmal eine kurze frage :

ich versteh bei dem Bild nicht (hatte leider keinen Scanner, deswegen aus buch nachkonstruiert mit paint) warum der Abstand der Peaks 2L/c beträgt. müsste der abstand nicht L/ c betragen, damit der PUls auf dem Hinweg und auf dem Rückweg durch das Tor (also die Verlustmodulation im Moment minmaler Verluste) kommt.
Danke
Kraemmchen

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

weil ich les hier gerad im Buch: The most widely used implementation is to set up an acoustic standing wave at a frequency corresponding to half the cavity roundtrip frequency c / (2 L).
Das würde ja mit dem bild übereinstimmen. Da ist ja nur die halbe Wellenlänge markiert.

Mir ist dann nur nciht so ganz klar, ob wirklich beim hin und rückweg vom Puls das Tor offen steht. Irgendwie denk ich wahrscheinlich falsch, und es muss so sein, dass auf dem Hin und rücweg das Tor offen ist. ....
Viele Grüße
Krämmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Da ist wahrscheinlich ein Aufbau gemeint, in dem der AOM nahe an einem der Resonatorendspiegel steht. Dann braucht der AOM nur einmal pro Lichtumlauf "die Tür aufzumachen", um den Lichtpuls hin und zurück durchzulassen.

Und dementsprechend kann man für die Schallwelle des AOMs die halbe Lichtumlauffrequenz im Resonator nehmen, weil der AOM ja zweimal pro Schallwellenperiodendauer offen ist.

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Danke

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Ich wollte nocheinmal zur Sicherheit nachfragen, ob ich folgendes Bild als Beispiel dafür nehmen kann:
das bei Beugung des Lichts an einem Akustooptischen Modulator (also hier der Ultraschallwelle), dass gebeugte Licht ausgekoppelt wird und der nicht gebeugte Strahl der Strahl ist der weiter verstärkt wird.

Sowie schon beschrieben: Die Ultraschallwelle ist dann ein offener Schalter in ihren beiden Nulldurchgängen. Und gerade bei diesen beiden Nulldurchgängen wird das Licht ja nicht gebeugt. Zu allen anderen Zeitpunkten sind die Verluste hoch und das Licht wird aus dem REsonator rausgebeugt....
Vielen Dank
Kraemmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile