Акустооптический модулятор добротности (Q-switch) - один из наиболее распространённых типов модуляторов для управления добротностью твердотельных импульсных лазеров.

В основе работы акустооптических затворов лежит эффект дифракции света на акустической волне, возбуждаемой системой пластинчатых пьезопреобразователей

Принцип действия акустооптического модулятора добротности (АОМ) основан на зависимости показателя преломления оптически прозрачных материалов (например, ниобата лития LiNbO₃) от давления. Это давление может быть создано акустическими (ультразвуковыми – УЗ) волнами, генерируемыми пьезоэлектрическим преобразователем – пьезокристаллом (ПК). ПК наклеивают на акустооптический материал для создания акустооптической ячейки (АОЯ), являющейся основным элементом модулятора

Для целей модуляции обычно используется дифрагированный свет, так как полная (100%) модуляция проходящего света требует очень большой акустической мощности. Модуляция создаётся амплитудно-модулированной звуковой волной, взаимодействие с которой и модулирует интенсивность дифрагированной волны, играющей роль выходной волны для модулятора. Быстродействие модулятора определяется временем прохождения звукового сигнала через поперечное сечение светового пучка и имеет порядок 10^-7с.
АОМ является достаточно простым и надёжным устройством, хотя и имеет определённые недостатки, основные из них следующие:

нелинейность характеристики преобразования;
уменьшение реализуемой глубины модуляции с ростом частоты модуляции, что ограничивает их использование в высокоскоростных схемах;
смещение частоты модулированного лазерного излучения на величину акустической модулирующей частоты;
невысокая эффективность дифракции, определяемая как отношение интенсивностей дифрагированного и падающего пучков (её увеличение достигается за счёт увеличения мощности акустического сигнала).

Акустооптический модулятор (АОМ) — устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции на решётке, образуемой в стекле в результате пространственной модуляции показателя преломления акустической волной.

Принцип действия акустооптического модулятора основан на дифракции света на бегущей ультразвуковой волне в оптически прозрачном материале. Бегущую ультразвуковую волну создает пьезоэлектрический преобразователь, присоединённый к стеклянной пластине. Благодаря появлению участков сжатия и растяжения, возникающих в стекле и различающихся показателем преломления, в среде формируется дифракционная решётка. Световой пучок, дифрагируя на решётке, образует несколько выходных пучков (дифракционных порядков), разнесённых в пространстве под равными углами относительно друг друга. При помощи апертуры из всех выходных лучей выделяется первый максимум, который существует только при наличии звуковой волны в модуляторе, и блокируются все остальные

Конструкция акустооптического модулятора (Q-switch)

Образцы выпускаемых промышленностью акустооптических модуляторов

Оптически полированное стекло с помощью пайки под давлением (metal pressure bonding) соединяется с пьезопреобразователем, изготовленным из ниобата лития. Толщина пластины ниобата лития выбирается исходя из требуемой частоты модуляции (вплоть до 1 ГГц). Противоположная грань стеклянной пластины спиливается под углом, так что отраженная звуковая волна уходила в сторону, чтобы не возникала стоячая волна. Более того, на этой грани обычно размещается брусок из звукопоглощающего материала.

АОМ обычно размещается в металлическом корпусе с отверстиями для ввода-вывода света и РЧ-разъёмом для подачи модулирующего сигнала (обычно SMA или BNC). Возможно также исполнение прибора с волоконными входами и выходом, что позволяет его легко интегрировать в системы, работающие с оптоволокном.

Частота модуляции акустооптического модулятора определяются упругооптическими свойствами акустической среды и может достигать 350 МГц (эффективность АОМ на такой частоте невелика — порядка 10—20 %).