SU408257A1 - Модулятор света - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к квантовой оптике и может быть применено в приборах оптической св зи, дальнометрии, локации, вычислительной техники и т. д.

Известный модул тор состоит из пол ризатора , электрооптического элемента, анализатора и блока управлени . В качестве пол ризатора и анализатора обычно используютс  либо пол ризационные призмы, либо пол риодные пленки. Электрооптические элементы выполн ют из кристаллов, обладающих электрооптическим эффектом.

Существует два вида электрооптических элементов , работа которых основана на продольном и поперечном электрооптических эффектах . При использовании продольного линейного электрооптического эффекта величина управл ющего напр жени  не зависит от геометрических размеров кристалла и полностью определ етс  величиной электрооптических коэффициентов и показателем преломлени  дл  данной длины волны излучени . При использовании поперечного линейного электрооптнческого эффекта величина управл ющего напр жени  пропорциональна отношению d/l, где

d - размер кристалла в направлении электрического пол ,

/ - в направлении распространени  света .

В этом случае управл ющее напр жение можно уменьшить путем уменьшени  отнощени  d/il.

При наложении электрического пол  на кристалл вследствие изменени  показателей преломлени  происходит изменение разности фаз между ортогональными составл ющими линейно-пол ризованного света. Величина АФ зависит от ориентации кристаллографических осей относительно приложенного пол  и направлени  электрического (светового) вектора . Если электрооптический элемент помещен между скрещенными пол ризаторами, то относительную интенсивность света на выходе системы можно представить следующим уравнением:

(

(1)

/о 2 2 J

где Фо - начальна  разность фаз, котора  возникает, если среда обладает естественным двулучепреломлением. Эту разность фаз необходимо компенсировать, так как она мешает построению амплитудного электрооптнческого модул тора света. Это справедливо и дл  случа , когда свет распростран етс  вдоль оптической оси, но световой пучок обладает расходимостью . Изменение интенсивности света на выходе системы (модул ци  света) происходит за счет изменени  ДФ при наложении неременного электрического нол .

Однако известные модул торы характеризуютс , большими управл ющими иаир жени ми , малой угловой апертурой и недостаточной надежностью.

При уменьшении отношени  dj,l в электрооптических элементах управл ющее напр жение уменьшаетс , однако при этом уменьшаетс  и диаметр светового окна модул тора, а так как допустима  расходимость светового пучка дл  известных электрооптических элементов мала, то при использовании модул торов с такими элементами необходимы специальные источники света или оптические системы дл  формировани  узкого параллельного пучка света, что приводит к большим потер м света.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение управл ющих напр жений, увеличение угловой апертуры и повышение надежности.

Дл  этого электрооптический элемент выполнен с цилиндрическими электродами, ось которых перпендикул рна направлению распространени  света.

Изобретение по снено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема модул тора; на фиг. 2 - схема электрооптического элемента.

Модул тор света содержит пол ризатор 1, короткофокусные объективы 2, электрооптический элемент 3, анализатор 4, блок управлени  5 модул тором.

Электрооптический элемент содержит (фиг. 2) электроды 6, кристаллический элемент 7 с полированными плоскост ми 100, проводники 8 дл  подведени  управл ющих напр жений, 9 - падающий на кристалл луч света, электрический вектор которого параллелен направлению ПО или ПО.

Пол ризатор в модул торе располагают таким образом, чтобы плоскость пол ризации луча совпадала с плоскостью кристалла ПО или ПО. Электрическое поле прикладывают вдоль направлени  010. В этом случае индуцированную разность фаз дл  кристаллов с точечной группой симметрии тЗт (к которым относитс  кристалл магнониобата свинца) можно представить следующим образом

lnl(Rn-Rn)

(2)

Ф:

где По показатель преломлени  кристалла в отсутствие электрического пол ,

ij - квадратичные электрооптические коэффициенты ,

Е - напр женность электрического пол ,

Я - длина волны.

Так как дл  кубических кристаллов , то из (1) напр жение, при котором разность фаз между ортогональными составл ющими линейно-пол ризованного света достигает  , определ етс  выражением

1-V. - - . (3)

L

ут

Из этого выражени  видно, что с уменьшением размеров кристалла при сохранении услови  полуволновое напр жение уменьшаетс . Таким образом, управл юшее напр жение в модул торе уменьшаетс  при уменьшении размеров кристалла, что значительно уменьшает габариты модул тора. Кроме того, за счет квадратичного электрооптического эффекта полуволновое напр жение можно уменьшить , если подать посто нное электрическое смещение, т. е. перейти на следующие ветви статической характеристики. Полуволновое напр жение между г-тым максимумом и /-тым минимумом можно представить следующим

выражением

1/° 2|/2ГТТ-1/2/1,

(4)

,00

т /ци

где 1/Х/2-полуволновое напр жение, определ емое выражением (3), t и , /+1-положительные целые числа.

Углова  апертура модул тора при использовании кубических кристаллов практически ограничиваетс  только геометрическими размерами электрооптического элемента. Допустимый угол расходимости светового пучка определ етс  следующим выражением

«о

sin в rz.

(5)

/1 + (//«)

Возможность работы такого электрооптического элемента в сход щихс  (расход щихс )

пучках света позвол ет устанавливать элемент в каустике светового пучка, что позвол ет еще более оптимизировать конструкцию модул тора . На фиг. 2 приведена схема электрооптического элемента, у которого плоскости приложени  электрического напр жени  заменены вогнутыми цилиндрическими поверхност ми, причем их образующие перпендикул рны направлению распространени  света. Радиус цилиндрической поверхности выбирают, исход 

из требований к угловой апертуре модул тора.

В соответствии с предложенной схемой был разработан, изготовлен и испытан модул тор со следующими размерами электрооптического модул тора: длина элемента мм, минимальное рассто ние между электродами 0,2 мм, радиус кривизны цилиндрических поверхностей 1,5 мм. Полуволновое напр жение такого элемента на первой ветви составл ло

90 в. При напр жении смещени  в полуволновое напр жение уменьшилось до 20 в. При этом контрастность модул тора при максимальной допустимой расходимости света составл ла 1 : 500.

Таким образом, предложенный модул тор допускает модул цию немонохроматических пучков света с большой расходимостью - донескольких дес тков градусов, а его управл ющее напр жение может быть уменьшено

до нескольких вольт.

Предмет изобретени 

Модул тор света, содержащий пол ризатор, электрооптический элемент, выполненный из кристаллов магнониобата свинца, анализатор и блок управлени , отличающийс  тем.

что, с целью уменьшени  управл ющих напр жений , увеличени  угловой апертуры и повышени  надежности, электрооптический элемент выполнен с цилиндрическими электродами , ось которых перпендикул рна направлению распространени  света.

V

U-l

Т/7

Cooil

в

fwoj

fowj &