Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения Советский патент 1991 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в коммерческих линиях связи, локационных системах и марологии.

Целью изобретения является увеличение надежности и уменьшение оптических потерь.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый многопроходный модулятор, выполненный в виде сборного моноблока, содеожит электрооптическую ячейку с электродами, общее основание и дополнительные элементы: оптику, формирующую излучение на каждом проходе, выполненную в виде плосковыпуклых линз с отражающими покрытиями на сферических поверхностях, входную и выходную призмы и плоские пластины, причем последние установлены на торцах основания, а формирующая оптика, входная и выходная призмы находятся в оптическом контакте с совмещенными в одной плоскости торцами электрооптической ячейки и гранями плоских пластин, при этом одна из граней каждой призмы расположена относительно оси электрооптической ячейки под углом а 0fe - Л , где 6fc - угол Брюстера ;А - угол падения излучения на отражающие поверхности формирующей оптики

Угол между наклонными гранями призм и толщина плосковыпуклых линз выбираются такими, чтобы при заданных длине и ширине электрооптической ячейки обеспечить ввод излучения под углом Брюстера и максимальное число проходов излучения через нее. Толщина электрооптической ячейки и радиус кривизны линз выбираются с учетом минимизации дифракционных потерь при переходе излучения из линзы в электрооптическую ячейку. Плоские оптически полированные торцы электрооптической ячейки, в оптическом контакте с которыми находятся призмы и линзы формирующей оптики, параллельны друг другу с точностью

Ё

(

ел ю го о

не хуже 30 угловых секунд и не имеют просветляющих покрытий. Плоские пластины, устанавливаемые на торцах основания, увеличивают площадь оптического контакта и повышают надежность устройства. Основание модулятора выполнено из металла, коэффициент температурного расширения (КТР) которого близок к КТР используемого в модуляторе электрооптического материала, из которого выполнены все перечисленные элементы сборного моноблока модулятора.

На фиг, 1 изображен многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения, общий вид; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - ход лучей.

Сборный оптический моноблок модулятора содержит прямоугольные входную и выходную призмы 1, линзы 2 с отражающими покрытиями 3 на их сферических торцах (оптика, формирующая излучение на каждом проходе), прямоугольную электрооптическую ячейку 4 с верхним и нижним электронами 5 и 6 укрепленную вместе с призмами, формирующей оптикой и плоскими пластинами 7 на основании 8.

На фиг. 1 введены обозначения: угол между наклонными гранями призм; t - толщина плосковыпуклых линз; I, d и b - соответственно длина, толщина и ширина электрбоптической ячейки.

Модулятор работает следующим образом.

Излучение, введенное в модулятор, распространяется внутри кристалла, как показано на фиг. 1. При этом линзы с отражающими покрытиями работают как внутренние зеркала (излучение падает на отражающее покрытие со стороны матери ала линзы), обеспечивая тем самым ми нимальное число границ воздуха - электрооптическая среда (две границы). Использование внутренней оптики позволяет надежно защитить поверхность отражающего покрытия от влияния атмосферы. например, слоем лака, увеличив этим надежность устройства в сложных условиях эксплуатации.

При прохождении через кристалл излучение взаимодействует с управляющим электрическим полем, изменяя свою фазу. Электрическое поле при этом создается с помощью нижнего и верхнего электродов 5 и 6. Оптическое излучение при входе в электрооптический кристалл и выходе из него взаимодействует не с просветляющими покрытиями, лучевая прочность которых ограничена, а с поверхностью кристалла. прочность которой существенно выше

-

В предлагаемом устройстве уменьшение оптических потерь, обусловленных отражениями излучения от торцов электрооптического кристалла, ввиду отсутствия

просветляющих покрытий, обеспечивается специальной формой входной и выходной призм, на рабочие поверхности которых излучение падает под углом Брюстера.

Входная и выходная призмы, а также

плоские поверхности формирующей оптики находятся в оптическом контакте с торцами электрооптической ячейки. С целью увеличения площади оптического контакта и повышения за счет этого надежности устройства на торцах основания установлены плоские пластины из электрооптического материала так, что одна их широких граней пластин приклеивается к основанию, а другая образует с входным (выходным) торцом

прямоугольной электрооптической ячейки плоскость.

Луч, падающий под углом Брюстера на поверхность входной призмы в точке О (фиг. 3), преломляется и распространяется в электрооптической ячейке без отражений на границах призма - ячейка и ячейка - формирующая линза, так как эти элементы находятся в оптическом контакте. Направление распространения луча составляет с осью

ячейки и оптической осью формирующей линзы угол Д , выбираемый при оптимизации параметров модулятора и зависящий от длины ячейки, числа проходов и т.д. По свойству угла Брюстера направление, соответствующее отраженному лучу, составляет с направлением преломленного луча прямой угол, поэтому

40

Oi О Ь1 л

- л/2 л/1 - Gfe .

так как La OOi Д, то

45

а о b a 00i +Z0i 0 b я/2 - 0Б + Д,

но а О b -/. так как имеет с ним взаимно перпендикулярные стороны. Следовательно, ft -л/2 - Эб + Д.

Таким образом, выбрав при оптимизации конструкции модулятора угол Ди зная величину угла Брюстера (tg Qfe - n , где n - коэффициент преломления материала призмы), можно однозначно определить величину угла при вершине призмы (ft), которая обеспечит при вводе излучения в модулятор под углом Брюстера требуемое многократное распространение его в модуляторе по заданной траектории

Угол о. показан на чертеже и, как следует из и ABC,

а л -fi-x/2 6fe - Л.

Уменьшение оптических потерь в предлагаемом модуляторе достигается за счет сведения к минимуму (к двум) числа границ воздух - электрооптическая среда и отказа от просветляющих покрытий. На просветляющих покрытиях за счет их неидеальности происходит частичное рассеяние и поглощение света, характеризующееся суммарными потерями (3Пр . Величина 5пр при одном взаимодействии света с покрытием составляет в лучшем случае (5inp 2-3 % (современный отечественный технологический уровень в десятимикронном диапазоне). В N-проходных модуляторах величина (5пр может достигать больших значений. В предлагаемом модуляторе 5Пр 0 благодаря установке формирующей оптики и входной (выходной) призм на оптический контакт с торцами электрооптической ячейки, а также благодаря выбору формы призмы, обеспечивающей ввод излучения в модулятор под углом Брюсте- ра.

Таким образом, использование предлагаемого модулятора позволяет увеличить надежность и уменьшить оптические потери за счет отсутствия просветляющих покрытий, свести к минимуму число границ воздух - электрооптическая среда и исполь0

5

0

5

0

зовать формирующую оптику, выполненную в виде внутренних зеркал.

Формула изобретения Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения, выполненный в виде сборного моноблока, включающего электрооптическую ячейку с электродами, установленную на основании, и формирующую оптику, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения надежности и уменьшения оптических потерь, в состав моноблока введены плоские пластины, установленные между формирующей оптикой и торцам/ основания, а также входная и выходная прямоугольные призмы, при этом электрооптическая ячейка выполнена прямоугольной, а формирующая оптика выполнена в виде N плосковыпуклых линз с отражающими покрытиями на сферических торцах, оптические оси которых сдвинуты на расстояния, обеспечивающие (N 1)- кратное прохождение излучения в электрооптической ячейке, причем грани плоских пластин и торцы электрооптической ячейки находятся в оптическом контакте с гранями входной и выходной прямоугольных призм и формирующей оптики, при этом углы / при вершинах входной и выходной прямоугольных призм, прилегающие к тор- цам электрооптической ячейки, равны

+ Д.

а-л ,

где

8fe - угол Брюстера; Л - угол падения излучения на торцы электроолтической ячейки.

Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения относится к области квантовой электроники. Цель изобретения - увеличение надежности и уменьшение оптических потерь. В модулятор включена формирующая оптика, выполненная в виде N плосковыпуклых линз с отражающими покрытиями на сферических торцах, а на входе и выходе модулятора установлены прямоугольные призмы, у каждой из которых одна из граней расположена относительно оси прямоугольной электро-- оптической ячейки под углом Брюстера, причем призмы и формирующая оптика установлены на оптический контакт к торцам электрооптической ячейки. 3 ил.

Фиг.З