ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР ОПТИЧЕСКОГОИЗЛУЧЕНИЯВОЕООЮЗНАЯ Советский патент 1972 года по МПК H01S3/10 

Изобретение может бьпъ использовано в оптических лийиях связи, в системах для определения дальности и местоположения подвижных и неоодвижных объектов, в фотоэлектрических следящих, запоминающих и сканирующих устройствах.

Для модуляции лазерного излучения обычно применяют поляризационные амплитудные электрооПТИческие модуляторы на основе блочных электрооптических кристаллов. Основными недостатками модуляторов являются значительная величина управляющих напряжений, необходимость применения анализаторов, четвертьволновых пластняок или больщих постоянных напряжений смещения для выхода на линейный участок модуляционной характеристики.

Дифракционные модуляторы по сравнению с поляризационными амплитудными имеют преимущества: снижают величину управляющих напряжений; работают без анализатора, так как принцип их действия основан на дифракции света на управляемой фазовой рещетке. Кро.ме того, отпадает необходимость применять четвертьволновые пластинки или подводить больщне постоянные напряжения смещения на кристаллы для выхода на линейный участок модуляционной характеристики.

создается в электрооотическом .кристалле внешией электромагнитной волной. При распространении электрома лнитной волны периодически меняется показатель преломления

кристалла в пространстве и во времени. Если изменение показателя преломления А« достаточно велико и Период созданной облучением структуры сравним с длиной волны падающего света, то среда работает как фазовая управляющая дифракционная рещетка.

Период фазовой дифракционной решетки в электрооптическом кристалле определяется длиной волны электромагнитного излучения и диэлектрической проницаемостью кристалла.

Для большинства электроолтических кристаллов диэлектрическая проницаемость в СВЧдиапазоне 20, и поэтому эффективной дифракции в сантиметровом диапазоне на широко распространенных электрооптических

материалах невозможно получить, так ка.к период возникающей дифракционной рещетки значительно больше длины волны оптического излучения. Чтобы обеспечить эффективную дифракцию, нужно работать на частотах порядка нескольких десятков гигагерц или использовать кристаллы с высокой диэлектрической Проницаемостью (например, кристаллы KTN, у которых ). ходимые для существенного нзменения /показателя ПрелоА1ления, получить не удается. Применение же материалов с большой величиной БСВЧ неудобно, так как .приходится работать вблизи точки Кюри, что требует жест- 5 кого термостатирования. Все это затруд пяет применение дифракционных модуляторов. Целью изобретения является снижение управляющего напряжения оптического модулятора и расширение его входной апертуры. Цель достигается применением многослойной структуры, в которой пластины из электрооптического кристалла расположены таким образом, что одна из осей х, у кристалла совпадала с направлением распространения 15 оптического излучения. Напряжение подводится к каждому слою, что позволяет снизить управляющее напряжение в 2Л/ раз, где число слоев структуры, и создать дифракционный электрооптический модулятор с щиро- 20 кой входной апертурой. Расположение между слоями металлических электродов опособствует интенсивному теплоотводу. Па чертеже представлена схема электрооптического дифракционного модулятора лазер- 25 ного излучения. Модулятор представляет собой слоистую структуру, набранную из одинаковых электрооптических пластин 1, между которыми находятся электроды 2 в виде тонких металличе- 30 .-ских полосок или металлического напыления. К электродам подводится управляющее напряжение от источника 3. Поток 4 лазерного излучения, падая на входной торец, распространяется вдоль пластин. Если слои развернуть на 180°, а напряжение подвести ко BcejMv, блоку, можно снизить управляющее напряжение в два раза и создать дифракционный электрооптический модулятор с широкой входной апертурой. Электрооптическне пластины ориентируются и вырезаются из кристаллов, обладающих линейным электрооптическим эффектом (показатель преломления линейно изменяется под действием электрического поля). Кристаллографические оси пластин должны быть ориентированы относительно направления электрического управляющего толя и направления поляризации электрического поля лазерного излучения так, чтобы .максимально 50 изменялась фаза оптической волны. Например, если пластины выполнены на основе одноосных :Кристаллов группы дигидрофосфатов (АДП, КДП « др.), то они должны быть орие нтированы так, чтобы электрическое поле 55 оыло направлено вдоль главной оптической оси Z, а электрический вектор лазерного излучения был бы направлен по оси х или у. Оптическое излучение прн этом распространяется вдоль оси у или X соответственно. Для получения эффективной дифракции, т. е. четкого разделеиия соседиих максимумов, необходимо, чтобы толщина пластин вместе с металлическими напылениями, т. е. 10 35 40 45 волны оптического излучения и была бы порядка 10-100 X (где 1 - длина волны оптического излучения). Онисаняый диф|ракционный модулятор оптического излучения работает следующим образом. Когерентное лазерное излучение с определенной линейной поляризацией падает на входную грань слоистого блока и разбивается на несколько 1пуч.ков, которые независимо распространяются в электрооптнческих пластинах. При подведении электрического управляющего поля к пластинам по схеме, указанной на чертеже, показатель преломления электрооптического кристалла изменяется, причем в соседних пластинах приращения показателя преломления Are имеют разный знак, так как они ориентированы одинаково , а электрическое поле в иих имеет противоположное направление. Волны, раапространяющиеся в соседних пластинах, получают дополнительный фазовый сдвиг за счет линейного электрооптического эффекта с разным знаком. Таким образом, на выходной грани блока пластин фазовый фронт оптической волны будет ступенчато-нериодическим. Модулятор работает как управляемая фазовая оптическая решетка. При дальиейшем распространении фазовый фронт естественно «выпрямляется, т. е. происходит интерференция, и в дальней зоне модулятора формируется дифракциоиная управляемая картина распределения интенсивности. Изменение напряжения на пластинах приводит к изменению фаз лучей, выходящих из пластин и, следовательно, к перераспределению интенсивности в дифракционной картине. Был исследован ма.кет электрооптического дифракционного модулятора лазерного излучения па основе кубического кристалла арсенида галлия. Электрооптический кристалл арсенида галлия с удельным сопротивлением ом-см был выращен в виде слитка в направлении (111) по методу Чохральского. Из него вырезали тонкие прямоугольные пластинки, которые затем шлифовали и пoлиpOJзaли до размеров 0,042 см в направлении (112), 0,7 см в направлении (ПО) и 4 еж в направлении (111). На широкие грани пластины в вакууме были напылены металлические электроды, затем 7 пластин былн собраны в пакет. Все пластины былН ориентированы одинаково, и к ним через электроды подводили напряже.„„е по схеме, изображенной на чертеже, Входной и выходной торец также полировали. Такой модулятор был применен для модуляции лазерного излучения с длиной волны А.3,39 мк. При подведении к такому модулятору напряжения 100 в была получена глубина модуляции 32%. Предмет изобретения Электрооптический модулятор оптического

электроолтического кристалла, разделенных металлическими электродами, помещенный в электрическое иоле, направленное вдоль оштической оси электроо1итических кристаллов, отличающийся тем, что, с делью создания ул- 5

равляемой дифракционной решетки, пластины из электроонтического кристалла расположены таким Образом, чтобы одна из осей х, у кристалла совладала с направлением распространения олтического излучения.