Способ создания собственной оптической бистабильности и бистабильная оптическая ячейка (ее варианты) Советский патент 1985 года по МПК G02F1/01 

2. Бистабильная оптическая ячейка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратной связи, отличающаяся тем, что, с целью увеличения пропускания ячейки, контраста переключения, повышения надежности, ресурса работы и упрощения ее конструкции, зеркало обратной связи выполнено сферичес 2

КИМ, с радиусом кривизны К s , где с/ - диаметр пучка на выходе из нелинейного элемента А - длина волны излучения, имеет осевое отверстие

диаметром Ъ

где а - диаметр

У2

лазерного пучка на входе в нелннейньй элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.

3. Бистабильная оптическая ячейка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратной

связи

, отличающаяся тем.

что, с целью увеличения пропускания ячейки, контраста переключения, повьшения надежности, ресурса работы и упрощения конструкции, зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизны R , где с/ - диаметр пучка на выходе из нелинейного элемента , Л - длина волны излучения, имеет осевое отверстие диаметром fTTToT Ь 2с , где Of - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.

1. Способ создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазеро г ного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки и саь1одефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности, о т л и ч а ю щ и и.с я тем, что, с целью уменьшения затрат излучения пучка на создание бистабильного режима и . повышения контраста переключения, пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апертурно-ограниченных участков пучка,причем апертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 10% мощности пучка.

1

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к нелинейной оптике, и может быть использовано для создания оптических переключателей - основных элементов интегральной оптики и оптоэлектроники.

Известен способ создания собственной оптической бистабильности, заключающийся в пропускании лазерного пучка через оптический резонатор, содержащий нелинейную среду, последующем увеличении интенсивности пучка выше порогового значения, при котором изменение показателя преломпения нелинейной среды вызывает смещение резонансной частоты пропускания резонатора до появления скачка выходной интенсивности пучка, плавном уменьшении входной интенсиврости пучка до появления обратного скачка его выходной интенсивности l}.

Известно устройство для создания собственной оптической бистабильности, содержащее резонатор, образоваиньй двумя зеркалами, и нелинейный элемент, расположенный внутри резонатора lj.

Недостатками известного способа и устройства являются возможность осуществления бистабильного режима

только для узкополосного стабилизированного по частоте излучения из-за резонансной характеристики рез.онатора, а также сравнительно невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазерного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среДУ пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обр.атной связи, последующего увеличения выходной мощности лазера вьше порогового значения самофокусировки

или самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности 2.

Наиболее близким к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является бистабильная оптическая ячейка, содерхсащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратной связи L2J.

31

к недостаткам известного способа можно отнести высокие затраты излучения пучка на создание бистабильного режима и низкий контраст переключения, а недостатками устройства являются низкое пропускание ячейки, малый контраст переключения, низкая надежность, малый ресурс работы и сложность конструкции.

Цель изобретения - уменьшение затрат излучения пучка на создание бистабильного режима и повышение контраста переключения, а также увеличение пропускания ячейки, контраста переключения, повьшение надежности, ресурса работы и упрощение конструкции бистабильной ячейки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазерного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности из лучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки или самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности, пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апер турно-ограниченных участков пучка, причем апертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 10% мощности пучка.

В бистабильной оптической ячейке, содержащей последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейньЕ1 элемент и зеркало обратной связи зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизны q - . д Д диаметр пучка на вьпсоде из нелинейного элемента; 7| - длина волны излучения, имеет осевое отверстие с диаметром 1 где си - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала, либо зеркало обратной связи вьтолнено сферическим, с радиусом кривизны К, , где диаметр пучка на выходе из нелинейного зле82А724

мента, Я длина волны излучения, имеет осевое отверстие с диаметром iTflToi , где « - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный 5 элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.

На фиг.1 представлена схема бистабильной оптической ячейки; на

О фиг.2 - временные зависимости входного (а) и выходного (fc) излучений на фиг.З - зависимость интенсивности выходного сигнала от входной интенсивности (гистерезисная.петля),

5 реализуемая в бистабильной ячейке. Бистабильная оптическая ячейки (фиг.1) состоит из лазера 1, нелинейного элемента 2, сферического зеркала 3 с отверстием 4.

20 Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 проходит нелинейный элемент 2 и, начиная с некоторой пороговой интенсивности, са25 модефокусируется, что приводит к увеличению размера пятна на зеркале 3 и, следовательно, к возникновению излучения оптической обратной связи. При зтом интенсивность света в нелинейном элементе 2 увеличивается, что приводит к еще большей дефокусировке и, следовательно, к дальнейшему возрастанию величины обратной связи, а также к падению интенсивности

35 в.ыходного сигнала. На фиг.2о( приведен графически временный ход лазерного излучения , на фиг. - выходного сигнала. Сильная обратная связь поддерживает самодефокусировку в нелинейном элементе даже при снижении интенсивности на входе в нелинейную среду меньше пороговой интенсивности самодефокусировки, что и позволяет получить оптическую бистабиль45 ность (положения и J1 на фиг.2в при входной интенсивности J на .... фиг.2|х, т.е. два значения выходной интенсивности, соответствующие одному и тому же значению входной интенсивности на переднем и заднем фронтах импульса). Зависимость выходной интенсивности от входной, демонстрирующая петлю гистерезиса (см.фиг.З),. подтверждает бистабильный характер

55 работы предлагаемого устройства.

Бистабильная ячейка позволяет повысить отношение.вькОднОй интенсивно1 ти к входной в .ТО раз ((-20%) по срав