Электрооптический переключатель поляризации Советский патент 1976 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к оптиэлектронике, в частности, может найти применение в дискретных электрооптических дефекторах, модуляторах и затворах. Известны электрооптические переключатели поляризации, состоящие из электроопти ческого кристалла с электродами и управляющих блоков в виде высоковольтных источников постоянного или переменного (синусо идального) напряжения и различных высоковольтных ключей 1, 2. Однако в высоковольтных ключах происходит паразитное рассеяние, пропорциональное квадрату коммутируемого напряжения. Известен также электрооптический переключатель поляризации, содержащий те же основные элементы, в котором управляющий блок представляет собой резонансную схему с питанием синусоидальным высоковольтным напряжением от генератора через трансформатор с коммутацией в момент равенства ну лю напряжения на электрооптическом кристалле и тока вторичной обмотки трансформатора 3. Такая схема позволяет уменьшить энергию, рассеиваемую в ключах при коммутации. Однако и эта схема не исключает потерь энергии, в колебательной системе и на активных сопротивлениях ключей. Применение высоковольтных ключей с малой частотой срабатывания ограничивает быстродействие устройства. Цель изобретения - повышение быстродействия переключателя и снижение потерь энергии. Предлагаемый переключатель отличается тем, что в качестве управляющего блока служит дополнительный кристалл пироэлектрикр. или моноцоменного сегнетоэлектрика с примесями, поляризующимися в кристалле, с нанесенными электродами и источник световой энергии, причем кристалл оптически связан с источником, а электроды кристалла световой энергии электрически связаны с электродами электрооптического кристалла. Структурная схема предлагаемого устройства представлена на чертеже. Переключатель содержит источник световой энергии 1, кристалл 2 с электродами 3, электрооптический кристалл 4 с прозрачными электродами 5. Работает устройство следующим образом; Импульс от источника световой энергии 1 падает на кристалл 2. С электродов Зкри .талла высоковольтный импульс подается на прозрачные электроды 5 и воздействует на электрооптический кристалл 4, который поворачивает плоскость поляризации управляемого линейно поляризованного монохромати90 С (либопревческого светового луча на ращает линейную поляризацию светового луча в круговую при применении четвертьволновых фазовых пластин) .В рассматриваемом устройстве используется продольный электро оптический эффект. Возможно также примене ние электрооптического переключателя поля ризации с использованием поперечного электрооптического эффекта. Кристалл 2 представляет собой пироэлентрик либо моноцоменный сегнетоэлектрик (например, монодоменный кристалл LiNBOj, выращенный в электрическом поле) с примесями, обладающими высокой поляризуемостью в данном кристалле. Концентрация примесей может колебаться от 1О до 1С ат/см. При освещении кристалла величина его спонтанной поляризации Pg меняется как за счет пироэффекта, так и за счет изменения диполь ного момента примесных центров. В рассматриваемом устройстве использу ется эффект возбуждения примесных центров В результате в кристалле возникает диполяризующее электрическое поле , где .-, изменение поляризации кристалла дР при наличии Е равно uP dPs + f Б, др - изменение спонтанной поляризаT:JP - восприимчивость кристалла; , - диэлектрическая проницаемость. Из приведенных выражений Е -43Гл 5/ т.е. Е велико в пироэлектриках с малой величиной (жестких пироэлектриках). Под действием поля Е благодаря высокому сопро тивлению кристалла (10 -г 10 ом/см) и окружающей среды между омическими контактами возникает разность потенциалов, максимальная между поверхностями кристалла, перпендикулярными кристалло-физической оси. Инерционность проявления эффекта опреде ляется временем релаксации возбужденных состояний примеси и может составить 10 сек. Длина волны света должна соответствовать полосе поглощения кристалла за счет возбуждения примесных центров (так как электрическое поле возникает в основном в результате возбуждения примесных центров, принцип действия рассматривается на основе этого эффекта). Мощность излучения, падающего на единицу поверхности кристалла, определяет количество возбужденных примесных центров и следовательно, разность- потенциалов между контактами кристалла. В качестве источников световой энергии можно применять люминесцентные диоды, полупроводниковые /1азеры и т, д. Примерами возможных материалов для управляющего кристалла являются монокрис таллыЬт NljOj , легированные железом в концентрации 0,03%, Данное устройство позволяет значительно повысить быстродействие систем управления электрооптическими затворами, дискретными электрооптическими дефлекторами, электрооптическими модуляторами и т. д., котюрое в описанной системе опредляется в основном частотой управляющих импульсов источника световой энергии. При применении люминесцентных диодов можно получить часготу до ста мегагерц с длительностью фронта световых импульсов порядка наносекунды. Преключатель потребляет меньщую энергию, надежнее и долговечнее известных при габаритах и весе, сравнимых и даже меньших, чем у управляемых элементов, что особенно важно при применении устройства в космосе. Формула изобретения Электрооптический переключатель поляризации, содержащий электрооптический кристалл с электродами и управляющий блок, отличающийся тем, что, с цельюповыщения его быстродействия и снижения потерь энергии, в качестве управляющего блока служат дополнительный кристалл пироэлектрика или монодоменного сегнетоэлектрика с примесями, поляризующимися в кристалле, с нанесенными электродами и источник световой энергии, причем кристалл оптически связан с источником световой энергии, а электроды кристалла электрически связаны с электродами электрооптического кристалла. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Буль В. А. Быстродействующая схема для управления переключателем поляризации. S6

Приборы и техника эксперимента, 1971.сер. Радиоэлектроника, 1971, т. 14, №6,

№ 2.стр. 648-656.

2. Буль В. А. Электронные схемы для

управления электрооптическими переключате-3. Авторское свидетельство СССР

лями поляризации, Известия ВУЗов,5 №356621, кл. Q02T 1/18,15.01.71

534726

(g-

/ /

s

/ / /У//////7/У

7 L