Электрооптический дискретный дефлектор Советский патент 1976 года по МПК G02F1/31 

Изобретение относится к оптической обработке информации и может использоваться, в частности, в оптических запоми;нающих устройствах, устройствах ввода, (Вывода и отоб р.ажения информации и т. п.

Известны электрооптические дискретные дефлекторы, содержащие источник .поляризованного излучения, электрооптич1еский переключатель поляризации, етоляр.изационный дискриминатор параллельного смещения луча

,2.

Переключатель поляризации и поляризационный дискриминатор составляют двоичную ячейку, управляющую .выходным положением луча. Если отклоняющее устройство имеет k тажих ячеек, можно получить 2 выходных положений луча.

Из.вестен также электроонтический дефлектор, содержащий двоичные отклоняющие ячейки, :каждая из которых 1включает в себя электрооитический переключатель поляризации, отклоняющий и отражающий элементы, установленные (ПОД углом к направлению светового луча 3. От клоняющий элемент представляет собой пластину из двулучепреломляющего материала, сквозь которую излучение проходит, либо отражается от нее, в зависимости от поляризации излучения, направляемого па пластину от электрооптичесхого переключателя поляризадии.

Однако пзвестны е устройства обладают общим:и недостатками, заключающимися в высоком управляющем напряжении и связанными с величиной управляющего напряжения ограничением частоты слеДовання управляющих пмпульсав напряжения. Ограничение частоты следования И1мпульсов приводите уменьшению объема перерабатываемой устройством информации.

Цель изобретения - уменьшение управляющего иапряженпя и соответственно повышение диапазона рабочих частот.

Это достигается тем, что в предлагаемом дефлекторе в качестве электрооптического переключателя поляризации и отклоняющего элемента двоичной ячейки служнт электрооптический интерференционный фильтр, расположенный под углом j напраВлению светового луча, |Выпол,неН|Ный из прозрачной подложки н нанесенных на нее чередующихся слоез электроонтического и неэлектрооптичеокого материалов, толщина которых удовлетворяет соотношению

X (2/и 4- 1) 4

П,--1

-sin a,-

п

/;

где

толщина 1-го слоя;

n,b Л; - /показатели преломления (i- - 1)-го и /-ГО слоев соответственно;

Л - длина волны излучения источника;

т - целое число; oii-i - угол падения луча на г-й

слой,

а отражающий элемент расположен на расстоянии d D + 2 / tg jj от электрооптического интерференци.онного фильтра, где D-диаметр сыетового луча; i|) - величина угловой расх01ДИ|МО€ти излучения; / - расстояние от источника излучения до фильтра k-fi ячейки. Электрооптические интерференционные фильтры могут быть сна-бжены электродами или иомещены в СВЧ-резистор для создания в них управляющего электрического ноля.

Для упрощения настройки дефлектора указанные слои электрооптического интерференционного фильтра могут быть на.несены на одну из наклонных граней четырехгранной призмы с острым углом 1При вершине в 45°, у которой высоты входной и .выходной граней равны расстоянию d между электрооптическим интерференционнььм фильтром и отражающим элементом соответствующей ячейки.

iHa фИГ. 1 представлена общая схема предлагаемого дефлектора; на фиг. 2 - вариант выполнения двоичной ячейки.

Дефлектор содержит источник линейно поляризованного излучения /, электрооптические элементы 2, отражающее зеркало 3, блок 4 формирования управляющих напряжений. Каждый электрооптичеокий элемент 2 и отражающее зер.кало 5 составляют двоичную ячейку, определяющую выходное /положение луча. Электрооптичеокий элемент 2 тредста/вляет собой расположенный под углом 45° ,к направлению оптической оси устройства электроонтический интерференционный фильтр.

При отсутствии управляющего напряжения на элементе 2 полоса пропускания фильтра совладает со спектральной шириной излучения источника, а При прилоЖении управляющего .напряжения смещается на величину, равцую или больщую спектральной ширины излучения источника.

Источник излучения ориентируется таким образом, чтобы его линейно поляризованное излучение являлось бы для электрооптического элемента 5- или Я-1КоМПОНвнтой, т. е. век-

тор Е излучения должен лежать в плоскости Падения или быть лерпендикулярным к плоскости падения.

Предлагаемый дефлектор работает следующем образом.

Если на электрооптическом элементе 2 управляющее напряжение отсутствует, то излучение истОЧника проходит через элемепт, не меняя своего .первоначального направления. Если же на этот элемент подано сформированное в бло.ке 4 управляющее напряжение, полоса пропускания эле ктрооптического элемента 2 смешается, и излучение уже не проходит через элемент 2, а отражается от него и попадает на зеркало 3, после отражения от которого световое излучение идет параллельно

первоначальному направлению на определенном расстоянии от него. Таким образом, дво ичная ячейка, состоящая из элементов 2 и зеркала 3, обеспечивает два воз можных выходных .положения луча. Для- того чтобы на выходе дефлектора получить ряд последовательных положений луча, каждая последующая ячейка должна смещать луч на расстояние, в два раза большее, чем предыдущая. Это условие вы.пол.няется, если отражающие зеркала установлены .на расстоянии от соответствующих электрооптичеоких элементов, определяе. мом соотношением

d D 2-42/tgi);.

Управляющее напряжение, необходимое для смещения полосы пропускания элемента 2, формируется в блоке 4 в виде пря1моугольных импульсов, пода(ваемых па электроды, создающие электрическое поле для эле;ктрооптических слоев. Электрооптический элеменг можно также устанавливать в СВЧ-резонаторе, электрически соединенном с блоком формирования управляющего напряжения.

Использование двоичной ячейки в фор/ме,

показанной на фиг. 2, упрощает настройку де ф л актор а.

Слои интерференционного фильтра наносятся на грань А призмы. Роль зеркала в этом случае играет гра.нь В, параллельная фильтру.

Потери при отражении от этой грани нрактически равны нулю, так как угол падения на эту грань световых лучей превосходит угол полного внутреннего отражения.

Использование предлагаемого дефлектора

позволяет значительно понизить управляющее натряжение. В известных устройствах используют обычно в (Качестве электрооптических элементов кристаллы КДРДКДР или .ниобата лития. Управляющие напряжения в этих

случаях лежат в диапазоне от 2 .до 9 кв (для видимой области спектра). Электрооптичеокие кристаллы с более низкими управляющими напряжениями ,в настоящее время в дискретных дефлекторах не нрименяются из-за их

небольших размеров и низкого оптического качества.

В .предлагаемом .дефлекторе управляющее напряжение определяется шириной спектральной полосы излучения источника, электрооптическими ;коэффициентами применяемого электрооптического материала и числом слоев фильтра. Так, при использовании 15-слойного интерференционного фильтра из чередующихся слоев ZnS и криолита для сдвига полосы

пропускания фильтра достаточно управляюще.го напряжения порядка 10 в, т. е. управляющее напряжение в предлагаемом дефлекторе ниже, чем в известных, почти на три порядка. Предельно возможная частота следования управляющих импульсов уже не определяется величиной управляющего напряжения, а зависит лишь от частотных характерисТИ1К электрооптического эффекта и может достигать 10° гц. Кроме того, снижение управляющего налряжения приводит к большой экономии потребляемой дефлектором электрпческой энергии, пропорциональной квадрату управляющего напряжения. Предлагаемый дефлактор может быть использован для отклонения полихрО;матического излучения без :какой-либо дополнительной ахроматизации его оптического блока. В этом случае полоса пропуакания фильтра должна в.мещать весь спектральный диапазон излучения, а унравляющее напряжение быть достатоЧНым для смещения этой полосы. Формула изобретения Элбктрооптический дискретный дефлектор, содержащий двоичные отклоняющие ячейки, каждая из которых включает в себя электрооптический переключатель поляриза-ции, отклоляющ,ий и отражающий элементы, установленные под углом к напра влению светового луча, отличающийся тем, что, с целью уменьшения управляющего напряжения, в качестве электрооптического переключателя поляризации и отклоняющего двоичной ячейки служит электрооптический интерференционный фильтр, расположенный под углом к направлению светового луча, выполненный из прозрачной подложки и нанесенных на нее чередующихся слоев электрооптического и неэлактроонтичеакого материалов, толщина которых удовлетворяет соотношению л(2/л-j- l) 4 l- sin4-, где ti - толщина f-ro слоя; л,- - показатель преломления ;-го слоя; л - длина волны излучения; т - целое число; а;-1 - угол ладения луча на /-и слой, а отрал ающнй элемент расположен па расстоянии d D + 2 / tg 1J: от электрооптического интерференционного фильтра, где D - диаметр светового луча; ф - величина угловой расходимости излучения;/ - расстояние от источника излучения до фильтра k-ii ячейки. 2. Электрооптический дискретный дефлектор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что указанные слои ианесены на одну из наклонных граней четырехграЕтлой призмы с острым углом при вершине в 45°, у псоторой высоты входной и выходной граней равны расстоянию d между электроолтическим интерференционным фильтром и отражающим элементом соответствующей ячейки. Источиики информации, принятые во вни1манне лри экспертизе: 1.Катыс Г. П. и др. Модуляция и отклонение оптического излучения. М., 1967, с. 154. 2.Патент США Л 3513323, кл. 250-225. 19.05.70. 3.(Патент Франции Л 1585171, кл. С 02 f 1/00, 09.01.70. (прототпп).

rF

фаг.2