Предложена математическая модель процесса формирования сигнала на выходе акустооптической линии задержки (АОЛЗ) с прямым детектированием. При помощи этой модели выведено уравнение переходной характеристики АОЛЗ. На основе уравнения переходной характеристики получена формула для импульсной характеристики, которая использована для определения частотного коэффициента передачи по напряжению АОЛЗ. Обсуждена показательная форма частотного коэффициента передачи. Получено аналитическое выражение амплитудно-частотной характеристики АОЛЗ с прямым детектированием и проведен его численный анализ. Результаты анализа апробированы экспериментально на соответствующем макете. Результаты экспериментальных исследований подтвердили достоверность предложенной математической модели.