Способ вращения вектора поляризации линейно поляризованного оптического излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G02F1/19 

2. Устройство для вращения вектора поляризации линейно поляризованного оптического излучения, содержащее кристалл, обладающий оптической активностью, оптическая ось которого ориентирована вдоль направления рас-, пространения оптического излучения, пьезоэлектрический преобразователь и источник управляющего напряжения, выход которого подключен к. пьезоэлектрическому преобразователю, отличающееся тем, что, с целью повышения температурной стабильности угла поворота вектора поляризации и снижения оптических потерь, кристалл вьтолнен из парател- лурита и имеет длину L вдоль оптичес- 4сой оси, выбранную из условия , где Я вращательная способность па- рателлурита в спектральном диапазоне оптического излучения, при этом пьезоэлектрический преобразователь од- йой своей поверхностью закреплен на

Изобретение относится к оптике, в частности к способу и устройству для управления ориентацией вектора поляризации оптического изл гчения, и может использоваться в оптических системах передачи информации, а также в различных устройствах управлени оптическим излучением.

Цель изобретения - повышение температурной стабильности угла поворота вектора поляризации, снижение оптических потерь.

На фиг. 1 и 2 схематично изображено устройство для реализации предложенного способа; на фиг. 3 - экспериментальные зависимости угла поворота вектора поляризации и эллиптичности оптического излучения на выходе кристалла ТеО от величины напряжения , подаваеного на пьезоэлектрический преобразователь.

Устройство (4я1г. 1) содержит кристалл 1 .парателлурита, оптическая ось которого ориентирована вдоль направления распространения оптического излучения, пьезоэлектрический преобразователь 2, одна поверхность которого закреплена на боковой поверхбоковой поверхности кристалла, параллельной его оптической оси, а другая его поверхность зажата вместе с боковой поверхностью кристалла механическим фиксатором, установлениалм с возможностью поворота совместно с пьезоэлектрическим преобразователем и кристаллом вокруг оптической оси кристалла, на выходе кристалла расположены светоделительш элемент, устройство для контроля эллиптичности и угла поворота вектора поляризации оптического излучения, схема сравнет НИН и регистратор эллиптичности, при этом светоделительный 3J eMeHT оптически связан с устройством для контроля эллиптичности и угла поворота вектора поляризации оптического излучения, один электрический выход которого подключен к регистратору эллиптичности, а другой через схему сравнения - к входу источника управляющего напряжения.

. ности кристалла 1, параллельной его оптической оси, а другая зажата вместе с боковой поверхностью кристалла t механическим (| {ксатором 3, установ- 5 ленмлм с возможностью поворота совместно с пьезоэлектрическим преобразователем- 2 и кристаллом 1 вокруг оптической оси последнего, источник А управляющего напряжения и расположен10 ные на выходе кристалла 1 светодели- телышй элемент 5 и устройство 6 для контроля эллиптичности и угла поворота вектора поляризации Оптического излучения, имеющее два электри15 ческих выхода, один из которых под- кпк«ен к регистратору 7 эллиптичности оптического излучения, а другой через схему 8 сравнения - к управляющему входу источника 4 управляющего

20 напряжения, выход которого подключен к пьезоэлектрическому преобразователю 2. Длина кристалла 1 вдоль его оптической оси выбрана из условия . Светоделительный элемент 5

25 может быть выполнен, в частности, в виде стеклянной пластины, отражающей небольшую (2%) часть энергии излучения. Устройство 6 для контроля

эллиптичности и угла поворота вектора поляризации может быть выполнено по любой известной схеме. Оно содержит пуризму Волластона, два фотоприемника и электронную схему, имекицую два выхода. В качестве регистратора 7 эллиптичности оптического излучения .может быть использован осциллограф.

Способ осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 1, следующим образом.

Линейно поляризованное оптическое излучение 9 пропускают через кристалл 1 парателлурита вдоль его оптической оси. Вектор поляризации выходного излучения вследствие естественной оптической активности кристалла 1 оказывается повернутым относительно вектора поляризации входного излучения на некоторый угол, пропорцио-. нальный величине L/. При поступлении на светоделительный элемент 5 выходное оптическое излучение разделяется на основной луч 10 и вспомогательный луч 11, поступающий в устройст- во 6 для контроля эллиптичности и угла поворота оптического излучения.

Интенсивность вспомогательного луча П во много раз меньше основной 1 Во время пропускания оптического излучения через кристалл 1 последний деформируют в направлении, перпенди- кулярном направлению распространения оптического излучения, путем подачи на пьезоэлектрический преобразова- 2 электрического напряжения от источника 4. При этом поляризадая оп тичеЬкого излучения на выходе кристалла 1 становится эллиптической и большая ось эллипса будет повернута яа некоторый угол, пропорциональный величине электрического напряжения, поданного на пьезоэлектрический преобразователь 2 относительно направления вектора поляризации выходного излучения в отсутствии деформации кристалла 1. Для получения минималь- эллиптичности выходного оптического излучения во всем заданном диапазоне углов поворота вектора его поляризации изменяют величину деформации кристалла 1 в интервале, соотвётст- вукацем этому диапазону. Одновременно поворачивают механический фиксатор 3 с зажатым в нем кристаллом 1 и пьезоэлектрическим преобразователем 2 во- круг оптической оси кристалла (стрелка на фиг. 2), и с помощью устройства 6 и регистратора 7 эллиптичности

5

0

измеряют эллиптичность выходного излучения. Указанное изменение величины деформации кристалла 1 осуществляют, например, путем подачи на преоб- разователь 2 пилообразного напряжения от источника 4 управляющего напрязце- ния. Кристалл 1 устанавливают в положение, соответствующее минимальной зарегистрированной эллиптичности выходного излучения во всем заданном диапазоне углов поворота, после чего деформируют кристалл с усилием, соот- ветствукицим заданному углу поворота вектора поляризации, путем подачи на пьезоэлектрический преобразователь 2 напряжения определенной величины.

Работа системы управления устройства осуществляется следуюо им образом.

Вспомогательный луч 11, отраженный от светоделительного элемента 5, поступает в устройство 6 на призму Волластона, пространственно разделяющую компоненты излучения с взаимно ортогональной поляризацией, которые преобразуются фотоприенникамив электрические сигналы, поступаиоше в электронную схему. Последняя вырабатывает сигнал, пропорциональный-эллиптичности выходного оптического излучения, который поступает на регистратор 7 эллиптичности, и сигнал, пропорциональный углу поворота вектора поляризации этого, излучения, поступакщий на схему сравнения. На указаннзгю схему 8 подается управляющий сигнал с -входа устройства, задающий требуемую ориентацию вектора поляризации выходного излучения в дан1в 1й момент времени. Если ориентация этого вектора соответствует, требуемой, сигнал с выхода схемы 8 сравнения равен нулю. Если необходимо изменить угол поворота вектора поляриза1Ц1и выходного излучения или по каким-либо причинам заданная ориентация этого вектора изменилась, в схеме 8 сравнения вырабатывается разностный сигнал, который поступает на источник 4 управляющего напряжения, и соответствующее напряжение подается на пьезоэлектрический преобразователь 2.

Пример . В качестве крис- талла, обладающего оптической активностью, использовался кристалл ТеО с размерами 15 мм по оси 001 (оптическая ось) и 5 мм по осям 010 и 100. Вращательная способность ТеО, для излучения с длиной волны {( 0,63 мкм

составляет ,78 град/мм, таким образом, величина . В качестве пьезоэлектрического 1феобразователя использовался преобразователь типа 1Ш-4. Линеййо поляризованное излучение с Л 0,63 мкм пропускают через кристалл ТеО,. С источника 4 управляющего напряжения подают на пьезоэлектрический преобразователь пило- обратное натц яжёние с амплитудой, меняющейся от О до tOO В. При этом угол ДМ поворота вектора поляризации оптического излучения на выходе кристалла 1 изменяется от О (в отсут ствие н зпряжения на пьезоэлектрическом преобразователе.) до 180 (см. сплошную кривую на фиг. 3). Одновременно поворачивают механический фикса трр 3 с зажатым в нем кристаллом 1 вокруг оптической оси кристалла и регистрируют элииптичность поляризахщи выходного излучения во всем указанно диапазоне углов. На фиг. 3 приведены полученные зависимости (пунктирные кривые) эллиптичности по энергии

выходного излучения при различных углах поворота кристалла, находящегося в состоянии деформации, вокруг его оптической оси, причем за нуль принята ориентация кристалла, при которой направление деформации параллельно направлению вектора поляризации входного излучения. Для диапазона углов поворота л f вектора поляризации от О до 180 эллиптичность « 5Z получается при угле поворота кристалла 10° , в диапазоне углов ft Ч от О до 90°эллиптичность-1% - при угле поворота кристалла т.д. работе с излучением в коротковолновой области спектра (,4-0,5) малая эллиптичность () выходного излучения в диапазоне углов л -О-ISO может быть получена 1фи использов ании. кристаллов ТеО, небольшой длины (L 10- 15 мм), т-зк как вращательная способность TeOj существенно увеличивается с уменьшением длины волны А оптического излучения. Так, для А 0,4 рТеО 397,22 град/мм.

1. Способ вращения вектора поля- риздции линейно поляризованного оптического излучения, основанный на его пропускании через кристалл, обладающий оптической активностью, при одновременной деформации этого кристалла, отличающийся тем, что. еия- ио оа, с целью повышения температурной стабильности угла поворота вектора поляризации и снижения оптических потерь, кристалл деформируют в направлении, перпендикулярном направлению распространения оптического излучения, изменяют величину деформации кристалла в интервале, соответствующем заданному диапазону углов поворота вектора поляризации выходного излучения, при одновременном повороте кристалла вй- круг оси, совпадающей с направлением распространения оптического излучения, и Измерении эллиптичности выходного излучения, устанавливают кристалл в положение, соответствующее мальной эллиптичности этого излучения .во всем заданном диапазоне углов поворота, после чего дополнительно деформируют кристалл с усилием, со- ответствуюп91м заданному углу поворота вектора поляризации оптического излучения. ffxoff i (Л с: iNd СО 00

Фиг.1

жг...

f -- - (.7

-. .

Составитель В.Яковлев Редактор М.Дыпын ТехредО.Гортвай Корректор Н.Пожо

Заказ 3287/47 Тираж 50t Подписное ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

iO и 34 1О 50 Фи

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

ектор Н.Пожо

iO и 34 1О 50 60 70 90 90 т а,В ФигЗ