L
Изобретение относится « области .квантовой электроники и может быть использовано, |как для модуляции добротности резонатора оптического квантового генератора (ОКГ), так и для модуляции уз конанравленных мо«охроматичеоких световых пучков.
Известны модулирующие устройства, в частности электрооптичеокие затворы для ОКГ, основанные на эффекте Поккельса, состоящие из поляризатора, анализатора и установленного между ними электроолтического элемента, оптическая ось которого совпадает с направлением распространения светового пучка. В том случае, если в качестве электрооптического элемента используются оптически активные кристаллы, например кварц, то для компенсации естественного двулучепреломления в направлении осей X и Y электрооптический элемент выполняется в виде двух идентичньвх кристаллов, расположенных так, что световой пучок параллелен одной из кристаллофизических осей кристалла X н Y, а электрическое поле лерпендикулярно ей.
Однако такие устройства имеют, прежде всего, высокое управляющее напряжение, достигающее на длине волны рубинового ОКГ величины 15 кв для кристалла КДП и 30 кв для KBaipina; для длины волны неодимового ОКГ - 20 кв для КДП и 40 кв для кварца.
Кроме того, электрооптические светозатворы, работающие в световых пучках, распространяющихся вдоль одной из кристаллофизических осей, например вдоль оси Z, имеют апертуру большую, чем апертура резонатора ОКГ и, следовательно, не обладают селектирующими свойствами. В . случае кварцевых затворов электрооптическин элемент состоит из двух кристаллов, что приводит к увеличению вредных потерь на отражение внутри резонатора и существенно усложняет ориентирование и юстировку элементов затвора.
Цель изобретения - разработка более эффективного устройства, имеющего более низкое управляющее напряжение. Она достигается тем, что модулирующий элемент располагают таким образом, что направление управляемого светового потока составляет с направлением одной из кристаллофизических осей модулирующего кристалла некоторый угол, соответствующий, например, экстремумам интерференционной коноскопической картины. .
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 представлена оптическая схема описываемого устройства; nai фиг. 2 - экспериментальная зависимость пропускания устройства от напряжения для кварца при разо
ЛИЧНЫХ углах ф для Я 6328А; на фиг. 3 - то же для кристалла класса 4 т.
Устройство состоит из поляризатора 1, модулирующего элемента 2 и анализатора 3. Для кристаллов класса 4 т, например КДП, модулирующий элемент вырезан (см. фиг. 1) или наклонен таким образом, что ось Z модулирующего кристалла составляет с оптической осью АА устройства угол ф, определяемый соотношением
г
2/.
./2
«11-«1
f/M
где и - (приложенное нанряжепие,
- иолуволнОВое напряжение, т. е. напряжение, создающее в кристалле разность хода с К/2, л - длина волны излучения, /С - порядок интерференпии, - длина кристалла вдоль оптической
оси, «1 и Пп-- главные показатели преломления.
На боковую поверхность кристалла но периметру рабочего торца нанесены поясковые электроды 4.
При использовании оптически активного кристалла, например кварца, величина угла Ф выбирается из соотношения 2т.а,
I //П1Пц
-i- COs4- KT:
vl/ U slncf-fn j,
Xcos
где dz
длина кристалла вдоль оптической оси,
К - длина волны излучения, - главные показатели преломления, р - удельное вращение, т. е. поворот плоскости поляризации на единицу длины оптически активного кристалла,
/С - порядок интерференции. В этом случае электроды 5 имеют вид .продольных полос (изо.бражены на фиг. I нунктиром).
Описываемый модулятор света работает следующим образом.
Благодаря тому, что угол ф между оптичеCKoii осью модулирующего кристалла и осью устройства, совпадающей с направлением распространения монохроматического светового пучка, соответствует экстремуму конэскопической картины, при установке модулирующего, элемента 2 между скрещенными поляризатором 1 и анализатором 3 пропускание устройства в отсутст;вие управляющего напряжения равно или близко (с учетом неоднородностей в реальных кристаллах) пулю (см. фиг. 2). При подаче на электроды полуволнового управляющего напряжения разность фаз для обыкновенной и необыкновенной волн изменяется па К/2, что соответствует сдвигу интерференционной коноскопической картины на половину порядка интерференции, т. е. максимальному пропусканию устройства.
При использовапии в качестве модулирующего элемента 2 кристалла класса 4 т загвор может быть закрыт при напряжении, отличном от нуля. Величина и полярность этого нанряжения определяются величиной и зпаком угла ф (см. фиг. 3, кривые а, б). Для достижения максимального пропускания к электродам 4 -в этом случае нужно прикладывать напряжение противоположного знака. Такой режим работы позволяет управлять устройством с помощью имнульсоз
переменной полярности и, следовательно, снизить амплитуду управляющего напряжения. За счет этого снижаются требования к прочности изоляции питающих устройств, упрощается их конструкция и уменьщаются габариты. При использовании более высоких порядков интерференционной коноскопической картины условия (1) и (2) выполняются в более узкой угловой апертуре, что позволяет использовать предлагаемое устройство для углов о и селекции мод.
Устройство согласно изобретению позволяет работать в больщом диапазоне углов наклона оптической оси и модулирующего кристалла по отношению к направлению распространения светового потока. За счет выбора соответствующего угла ф возможно получение различиых начальных состояний устройства, т. е. его работа на подачу или на сброс напряжения. При использовании нескольких
устройств, расположенных последовательно, возможно перекрытие большой угловой апертуры, наложением минимумов интерференции коноскопической картины одного устройства nai максимум другого. В этом случае возможно существить сканирование излучения ОКГ путем управления добротностью резонатора. Создание управляющего сигнала в описываемом устройстве может быть осуществлено не только электрическим, ,но и другим, например
механическим путем. В этом случае электроды должны быть заменены соответствующими элементами для создания механических напряжений. Та.ким образом, предлагаемое устройство
обладает следующими преимуществами по сравнению с известными:
1.О.беонечивает возможность снижения амплитуды управляющего напряжения.
2.Позволяет работать в широком дианазоне углов наклона оптической оси модулирующего кристалла по отношению к направлению распространения светового потока, а не только вдоль оптической оси.
3.Обладает селектирующими свойства.ми при работе в более высоких порядках интерференции.
Пред.мет изобретения
Модулятор света, содержащий поляризатор, анализатор и модулирующий элемент, выполненный, например, из электрооптического кристалла с электродани для подачи модулирующего напряжения, отличающийся теу,,
что, с целью повышения эф фективности модулятора и его селектирующих свойств, оптичеокая ось модулирующего элемента наклонена 1К оси модулятора под углом, соответствующим расположению одного из экстремумов интерференционной коноскопической картины.
б45.
5°50
Ю1520 25 30
Управляющее налряя вние, xS.
9иг.2
-7(7-5О+5 Ю
Упрадляющее напряже ие, к6.
9иг-.3
