Фазовый невзаимный элемент Советский патент 1993 года по МПК G02F1/09 

(21)4294474/25 (22) 03.08.87

{48)30.12.93 БюаМа 47-48

(71)Институт физики АН БССГ- ;ЛекинградскУ1Й

институт точной Мекапт Л и (72)Фил -шпсв ВВ.; К знецов TiVU Волошина . (54) ФАЗОВЫЙ НЕВЗАММНЫЙ ЗЛЕ ;1ЕНТ

(5) Изобретение относится к лазерной технике и .может быть использовано s лазерных ус тителях, гироскопах. Цепь изобретения - увеличение невзаимного сдз игз фазы при Э1 затор: альноу эффекте Керрз. ут ен ьшение обидих и невзз 1М1-1ь х потерь при задзк|-1ой величине не8за имного сдвига фазы, а та1сже повышение термостабипьности путем утрень- шения критичности невзаимного сдвига фазы общих и - евзаимных. потерь к пэрагуютрзм плекюл Для достгакения цели на фазовый мевзаимный элемент, выполненный в виде призмы полного внутреннего отражения на оснозание которой нанесена пленка мггнигооптйчеагаго. глатеоияла, ианйсеи со

стороны ппенет по крайней мере еще один слои из прозрачного диэлектрического материала толщиной h, определяемой из соотношения:

h -16 -arct.o(n cosa /n cosnc, )

о 1 --3V .о- оо

2 2

Л /2ттп cosa , где n о 3 33

Iг

igip -f-(n co&x/n cosa}

213

показатель преломления дополнительного слоя; n - показатель препом.пения плен1ги; n - показатель

прелом.пення а - заданный угол падения; ге.а - углы преломления в пленке и дополнительном слое соответственно; ff фазовая тv)mцинз пленки при заданном угле - полови.ча сдвига фазы npi-i полном отрз;кении на границе дополнительного С.ЛОЯ с воздухоги; А длина волны в ва- го.л/ме. Это позволяет снизить общие и неазаимные потер ;. 3 ил.

Изобретение относится к лазерно л технике м может быть использовано в лазерных усмл5/;теляк, кольцевых лазерах, лазерных гироскопах.

Целью изобретения является увеличе- i-i ie невзаимного сдвига фазы при экваториальном эффекте К ерра, уменьшение общих м невзамр4иь х потерь заданной величине невзаиммого сдвига фазы, а также повьг- шен Лб тер|.-:остабильиост1 1 путем y,v gHbuje -i . i i крмт1/|чмости неззэммногс сдвига фазы, о5а ,нх м -говзг -тгинь ;: потерь к парйРлетрЗ - ,

Из фги-. 1 показан предяг гаег зый нзрзз- имный зпеглакт, общий вид; на фмг. 2, 3 приведены заа ;.к;|/и.10С. невзвииного сдвига фазы потерь К от толщины пленки л дополнительного слоя.

При выборе толщины дополнительного слоя происходит мнтерференционное ycii- ление ii8B3ai iMHoro сдвига фазы без увеличения потерь встречных волн при отраже - ми от границы со слоистой смстемой. S гфототйпо rviaKci iMyf Д имеет место в условиях резонанса для системы пленка на ггодложке, когда падающая и отраженная от пленкм волны находятся з фазе. При этом суммарное поле в п/генка на границе призмз-пленка максмь-гэлько, что и дает максимум Д Одиозремгнно мэксм- мальное поле Б пленке гфиаодит и к максимальным потеря,, Необходимая для этого тол1Дй ;а пленки (при гыбрзгзг ом я) должна быть больше полувслиовой, так как дополнительно к избегу фазы при прохождении от к границе пленки с воздухом, равному д, следует обеС|1ачить компенсацию сдвига фазы, возникающего на граница плеи; а-воздух.

В условиях антирезонансэ толщина пленки (при заданном а) кратна четвертьволновой плюс дополнительное ее уаеличе- ние для компенсацми того к.е сдвига фазы. Но при антирезонаисе поле в пленке на границе с призмой нулевое, из-за чего на ней не происходит появления нэБзаммного сдвига фазы (это чисто поверхностный эффект, не связанный с накоплением его за счет толщины пленки). Потери же а этом случае минимальны. Возникающий в условиях антирезонанса небольшой по величине невзаимный сдвиг фазы связан только с , .еи на агорой границе пленки с воздухом.

С помощью дополнительного слоя компенсируется сдвиг фазы, возникающий при полном отрлже и/ 1 на гранмце пленка-воздух, что зкпипэ/теят МО уменьшению толщины пле.. Одновременно изменяется

0

5

0

5

5

0

5

G

5

резонансное или антирезоиансное распределенное поля S пленке и на ее второй границе теперь уже с дополнительным слоем (из границе с призмой оно по-прежнему при знтмрезонансе нулевое). Выбор гол1дкиы дополнительного слоя обеспечивает резонансное его усиление на второй границе пленки. Одновременно с аитмрезонансиым распределением поля по ее толщине оно приводит к скижению интерферекциокнь к потерь,

Фазовый ЗЛЗМ8НТ содержит гфмзр.;1у 1. ЕЬ полменную наприг.:,ер., мз гадолмний-гвл- .ffiisaoro граната, на которую .етодо гшд- кофазной эш таксми нанесена пленка 2 -1агиятооптического мйтерма.па (ферродмз- лектрикз) толщиной ha м напылен Aono/ Hfi- тельный слом 3 прозрачного диэлектрического латермалз, например сульфида цмнка илм фторида магния, среда 4 - воздух, а - угол падения мз прмзмы на пленку. Мзлученгле, линейно поляризованное в плоскост1-1 ггггдеим., вводится и призму 1 через боковые гп нь-тБ, 6, которые просзат- .яяются под углом Сэрюстерэ. Магкмт Ю8 поле приложено перпендикулярно плоскости падения, Резонансное условие ясегда имеет место при кзименьших толщ.мнах пленкм, Поэтому эксгбсненциалькое затухание поля в пленке, связанное с погг ощен1/ ем, больше Б антирезснансных условиях. Однако при резонансных усповмях происходит интерференционное усиление потерь R плзнке, которые стагювятся доминируюудими.

Таким образом, в тонкой пленке магнитооптического материала интерференция золн, отраженных от границ пленки, приво- Д1/1Т к noHB.nei- iK o резонансных максимумов v -п ирезонанснь х м.1Н5 лумов невзаимно- го сдвига фазы Дот ее толщины, В максимумах, где происходит иктерференцмонноэ усиление Д , интерференциронно усиливают и потери, причем они невзаил-гны. Велм- чина же минимума (где А 0), где потери незначительны, мала, поэтому не может быть использована.

С помощью дополнительного д /гэлект- рического слоя можно значительно увеличить величину минимума Л когда она становится сравнимой с величиной максимума. В то жй время в минимуме -Л не про- гсходит иктерфереиционного усиления как общих потерь прямой и встречной волн, так и невзаимнык потерь этих волн.,

Кривая 7 относится к пленке нз подложке, кривые 8, 9 - к системе с дог олнитель- слоем гадолин лй-гуллиевсго толщинойO.TSAoW 1.5/ЦТсоответственно. На фиг. 2, 3 хорошо видна корреляци : экстремума AV)C максимумом потерь, которые и этом случае (значительно возрастают. В то же время второй (антирезонансный) экстрещм А не связан с возрастанием потерь, Он имеет значительную величину в смастеме с дополнительным слоем, причем смещен в область малых толщин пленки.

S качестве примера конкретного -испол- рассмотрим иеззаимкыч , из- готовленный мз га.долинмй-галлиезой призмы, ферромагнитно пленк1 указанного 8ыше состааэ с ггдо/8«лний-галлиезь м до- палнительньзм слоем, . Для получения нееззкмного Cfiavsra фазь; в 0,006 рад в прототипа ti в пре/ ;1ггае ло л устройстве необходима пленка толщиной, 0,06 мкм. При этом потерн в прототглпе для гзстречных оолн равны 2.1 и 1,3%. В предлагаемо. устройстве слой ТОЛЩМНО0 0,47 мкм пр / водит к снижению потерь до значений 1,- и 1,0%

невзаимные потери уменьшаются в два раза. Существенным моментом является стабильность параметров невзаимного элемента к изменению фазовой толщины пленки (т.е. к изменению ее толщины и показателя преломления). При точности изго- товленмя пленки ± 10% невзаимный сдвиг фазы а прототипе изменяется в пределах 0,004-0,007 рад, в предлагаемом устройстве - на 0,0002 рад. Соответственно потери одной мз волн от 1,6 до 2,6 %, встречной - от 1,1 до 1,8% в прототипе, тогдз к-ак в предлагаемом устройстве имеем 0.9-1,0% и 1.3- 1,5%. Благодаря этому повышается и температурная стабильность неозаимного элемента.

(56) Мамаев ГО. А. м др. Гранатовые не- Бзаимные элементы для лазерных перископов. В. св. Проблемы управления движением и навигации, М., 1985, с. 94.

26

Формула из об р е т е н м я

I ФАЗОВЫЙ НЕВЗАИМНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный в виде призмы полного внутреннего отражения, на основание которой нанесена пленка магнитооптмче- ,СКОРО материала с-намагниченностью, пер- .пендикулярной плоскости падения, п отлмчйгощийся тем, что, с целью увеличе- ния невзаимного сдвига фазы при экваториальном эффекте Керра, уменьшения общих и кеазаимных потерь при заданной величине невзаимного сдвига фазы, а так-д же повыщений термостабильностй путем уменьшения критичности невзаимного сдвига фазц, общих и невзаимных потерь к пара 4етрам пленки, на пленку нанесен по крайней мере один дополнительный слой 40 из прозрачного д лэлектрического материала толщиной Ьз, определяемой из соотношения

Нз J(5o + arctg

P.3COSC2 П2С05аЗI

2 и

-1

I tg 2 -t- АО

/ nicosro пзсозк I

2л:лзсо8аз

где пз - показатель преломления дополнительного слоя;

П2 - показатель преломления пленки; 01 - показатель преломления призмы; а - заданный угол падения; ct2, «3 - углы преломления в пленке и дополнительном слое соответственно; f 2 - фазовая толщина пленки при заданном угле а;

до - половина сдвига фазы при полном отражении на границе дополнительного слоя с воздухом;, АО - длина волны в вакууме.