Оптический вентиль Советский патент 1993 года по МПК G02F3/00 

(Л

С

Сущность: для повышения надежности вентиля, включающего дихроичный поляризатор, магнитооптический ротатор и дихроичный анализатор, выполняют входной и выходной торцы магнитооптического ротатора скошенными и вводят между дихроич- ным поляризатором и магнитооптическим элементом последовательно расположенные на оптической оси первую четвертьволновую пластину и угловой селектор, а также между магнитооптическм элементом и дих- роичным анализатором вторую четвертьволновую пластину. Это позволяет за счет существующей при магнитооптическом эффекте Фарадея разницы показателей преломления левоциркулярного и право- циркулярного оптического излучения осуществить выход обратного луча из магнитооптического элемента под углом к оптической оси оптического вентиля и не пропустить с помощью углового селектора обратный луч к дихроичному поляризатору. 5 ил.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки. Акустооптиче- ский вентиль, описанный в 1, включает последовательно расположенные оптический фильтр, настроенный на частоту входящего оптического излучения, и акустооптический брэгговский модулятор, требует затрат энергии, расходуемой на возбуждение акустической волны в акусто- оптическом брэгговском модуляторе. Кроме того, частота оптического излучения на выходе акустооптического вентиля не равна частоте оптического излучения на его входе, что сужает сферу его применения.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, а именно повышение надежности в работе оптического

вентиля за счет увеличения его лучевой стойкости.

На фиг.1-5 приведены схемы предлагаемого оптического вентиля.

Нафиг.1 приняты следующие обозначения: дихроичный поляризатор 1, первая четвертьволновая пластина 2, угловой селектор 3, магнитная система 4, магнитооптический элемент 5, вторая четвертьволновая пластина 6, дихроичный анализатор 7, Магнитооптический элемент 5 помещен в магнитное поле, созданное магнитной системой 4. Дихроичный поляризатор 1, первая четвертьволновая пластина 2, угловой селектор 3, магнитооптический элемент 5, вторая четвертьволновая пластина 6 и дихроичный анализатор 7 расположены последовательно друг за другом на оптической оси.

00

о о

4 СО

о

Оптический вентиль работает следующим образом.

Прямой луч, пройдя через дихроичный поляризатор 1, становится линейно поляризованным. После прохождения через первую четвертьволновую пластину 2 прямой луч становится поляризованным по кругу, например, правоциркулярным, затем проходит через угловой селектор 3, магнитооптический элемент 5 и вторую четвертьволновую пластину 6. После прохождения через вторую четвертьволновую пластину 6 прямой луч становится снова линейно поляризованным. Дихроичный анализатор 7 настроен на пропускание излучения с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью поляризации прямого луча, прошедшего через вторую четвертьволновую пластину 6, поэтому прямой луч проходит через дихроичный анализатор 7 без ослабления. Обратный луч, пройдя через дихроичный анализатор 7, становится линейно поляризованным. После прохождения через вторую четверть1 волновую пластину 6 обратный луч становится левоциркулярным и проходит через магнитооптический элемент 5. Вследствие магнитооптического эффекта Фарадея показатель преломления п0 материала магнитооптического элемента 5 для правоциркулярного оптического излучения не равен показателю преломления пе материала магнитооптического элемента 5 для левоциркулярного оптического излучения. Поэтому волновой вектор (направление распространения) обратного луча после прохождения через границу воздух - выходной торец магнитооптического элемента 5 отклоняется от оптической оси оптического вентиля (под оптической осью оптического вентиля понимается путь прямого луча через оптический вентиль). При выходе обратного луча из магнитооптического элемента 5, т.е. на границе входной торец магнитооптического элемента 5 - воздух, волновой вектор обратного луча опять- таки вследствие того, что n0 пе, еще больше отклоняется от оптической оси оптического вентиля. Затем обратный луч попадает в угловой селектор 3, который не пропускает обратный луч, т.к. его волновой вектор (т.е. направление его распространения) не совпадает с оптической осью оптического вентиля. Таким образом, заявляемый оптический вентиль пропускает без потерь (точнее, почти без потерь) прямой луч и не пропускает обратный луч вследствие того, что обратный луч распространяется в направлении, не совпадающем с оптической осью оптического вентиля. Функцию гашения обратного луча выполняет угловой селектор 3, и его можно сконструировать таким образом, что его лучевая стойкость будет значительно выше, чем

лучевая стойкость дихроичного поляризатора 1.

Так, в качестве углового селектора 3 может быть использована диафрагма 8 (фиг.2). Прямой луч (на фиг.2 изображен сплошными

О линиями) проходит через отверстие в диафрагме 8 без потерь. Обратный луч (на фиг.2 изображен прерывистыми линиями) вследствие того, что его направление распространения не совпадает с оптической осью

5 оптического вентиля, не попадает в отверстие диафрагмы 8 и поглощается (или диф- фузно отражается) диафрагмой 8, которая обладает значительно более высокой лучевой стойкостью,чем дихроичный поляриза0 тор 1. Такой вариант углового селектора 3 применим в случае, когда апертура пучка (как прямого, так и обратного) небольшая и когда нет ограничений на габариты оптического вентиля вдоль оптической оси (т.е. ког5 да диафрагму 8 можно расположить достаточно далеко от магнитооптического элемента 5).

В качестве углового селектора 3 может быть также применена совокупность после0 довательно расположенных на оптической оси первой фокусирующей оптической системы 9, диафрагмы 10 и второй фокусирующей оптической системы 11. Прямой луч (на фиг.З изображен сплошными линиями) про5 ходит через первую фокусирующую оптическую систему 9, фокусируется в отверстии диафрагмы 10, проходит через отверстие диафрагмы 10 без ослабления, затем проходит через вторую фокусирующую олтиче0 скую систему 11 и далее направляется к магнитооптическому элементу 5. Обратный луч (на фиг.З изображен прерывистыми линиями) вследствие того, что его направление распространения не совпадает с

5 оптической осью оптического вентиля, фокусируется второй фокусирующей оптической системой на диафрагме 10 вне ее отверстия и поглощается (или диффузно от-, ражается) диафрагмой 10, которая обладает

0 значительно более высокой лучевой стойкостью, чем дихроичный поляризатор 1. Такой вариант углового селектора 3 может быть применен при больших апертурах, чем описанный выше вариант конструктивного ис5 полнения углового селектора 3 и при малых углах отклонения направления распространения обратного луча оси оптического вентиля. Необходимо отметить, что габаритные размеры такого углового селектора 3 вдоль оптической оси будут меньше, чем требуемое расстояние между магнитооптическим элементом 5 и диафрагмой 8 (фиг.2) в первом варианте углового селектора 3.

Угловой селектор 3 может быть также выполнен в виде двух зеркал 12 и 13, отражающие поверхности которых параллельны между собой (фиг.4). И прямой луч (на фиг.4 изображен сплошными линиями), и обратный луч (на фиг.4 изображен прерывистыми линиями) испытывают многократные отражения от зеркал 12 и 13. При каждом последующем отражении обратного луча расстояние между центрами прямого и обратного пучков увеличивается, что, в конце концов, позволяет осуществить пространственное разнесение прямого и обратного лучей, например, так; как это изображено на фиг.4. Чем меньше угол между оптической осью оптического вентиля и направлением распространения обратного луча, тем больше требуется отражений от зеркал 12 и 13, чтобы осуществить пространственное разнесение прямого и обратного лучей.

В качестве углового селектора могут быть также использованы два зеркала 14 и 15 (фиг.5), отражающие поверхности которых непараллельны между собой. Прямой луч (на фиг.5 изображен сплошной линией), испытав несколько отражений от зеркал 14 и 15, выходит из углового селектора 3 причем угол падения прямого луча на отражающую поверхность зеркала 14 или 15 при каждом последующем отражении увеличивается (т.к. отражающие поверхности зеркал 14 и 15 непараллельны). Обратный луч (на фиг.5 изображен прерывистой линией), войдя в угловой селектор 3, испытывает ряд отражений от зеркал 14 и 15, причем при каждом последующем отражении угол его падения на отражающую поверхность уменьшается. Через некоторое число отражений (определяемое углом входа обратного луча в угловой селектор 3 и углом между отражающими поверхностями зеркал 14 и 15) угол падения обратного луча на одно из зеркал станет равным нулю или сменит свой знак (точка А на фиг,5). После этого обратный луч будет распространяться через точки В, С, D и т.д. и в итоге выйдет из углового селектора 3, как показано на фиг.5,

Т.к. изменение направления распространения обратного лучка относительно оптической оси оптического вентиля происходит на границах воздух-выходной торец магнитооптического элемента 3 и входной торец магнитооптического элемента 3 - воздух, то магнитооптический элемент 3 может быть выполнен в виде трехгранной призмы (как показано на фиг.1).

Конструктивная реализация заявляемого оптического вентиля не вызывает затруднений, т.к. все его элементы являются стандартными и широко используются в оптике,

Технико-экономическая эффективность заявляемого оптического вентиля по

сравнению с прототипом заключается в повышении надежности его работы за счет увеличения лучевой стойкости, что обуславливается применение углового селектора 3, обладающего значительно более высокой

лучевой стойкостью, чем дихроичный поляризатор 1. Это позволяет использовать заявляемый оптический вентиль при высокой мощности обратного луча, например, для защиты ОКГ от оптических помех высокой

мощности или для устранения воздействия мощного синхронизируемого ОКГ на синхронизирующий ОКГ или мощного оптического квантового усилителя на задающий ОКГ, в первую очередь, в импульсном режиме, где пиковые мощности достигают высоких значений.

Формула изобретения Оптический вентиль, содержащий магнитную систему и последовательно расположенные на оптической оси дихроичный поляризатор, магнитооптический элемент, размещенный в магнитной системе, и дихроичный анализатор, отличающийся

тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения лучевой стойкости, он дополнительно содержит между дихроичным поляризатором и магнитооптическим элементом последовательно расположенные

на оптической оси первую четвертьволновую пластину и угловой селектор и расположенную на оптической оси между магнитооптическим элементом и дихроичным анализатором вторую четвертьволновую пластину, причем входной и выходной торцы магнитооптического элемента выполнены скошенными.

Јиг. 3

Фиг.4