Модулятор света Советский патент 1981 года по МПК G02F1/21 

(54) МОДУЛЯТОР СВЕТА

.1 Изобретение относится к оптическо му приборостроению, в частности к мо дуляторам световых потоков с использо ванием кольцевых оптических резонаторов, и может быть использовано э системах оптической связи, светодаль номерах, научных исследованиях, а также в различных технологических процессах. Известны модуляторы света, содержащие кольцевые оптические резонаторы с призмами полного внутреннего рт ражения, двулучепреломляющие элеменлты и приспособления для нарушения полного внутреннего отражения в приз ме, расположенные в различных комбинациях и количествах по ходу модулируемого света ГЧ Недостаток зтих модуляторов света заключается в невозможности получения большей амплитуды мощности модулированного светового потока по сравн4нию с модулируемым без применения в оптическом резонаторе активной среды. Использование активной среды при .водит к усложнению конструкций и сужению спектральных характеристик, ко торые зависят от характеристик ак;тив ной среды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является модулятор света, содержащий призкЕЛ для ввода и вывода излучения, двулучепреломляющий элемент и кольцевой оптический резонатор в виде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере одна грань которой выполнена с возможностью периодического нарушения полного внутреннего отражения Г2 . Недостатком данного модулятора является низкая мощность модулиррванного светового потока, которая принципиально, в данном случае, не может быть больше величины мощности модулируемого светового/потока. Цель изобретения - повышение мощности модулированного света. Поставленная цель достигается тем, что в модуляторе света, содержащем призмы для ввода и вывода излучения, ,двулучепреломляющий, элемент и кольцевой оптический резонатор в виде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере одна грань которой вывыполнена с возможностью периодичес- кого-нарушения полного внутреннего отражения, двулучепреломляющий элемент, установлен в оптическом конта те с призмой для ввода излучения и гранью лризглд полного внутреннего от ражения, причем его оптическая ось ориентирована в направлении распространения света под углом к поверхности призмы полного внутреннего отражения0 CirCS n(); О а показатель преломления, призмы полного внутреннего отражения 5SW PsTiW/a где в - угол между оптической осью , двулучепреломляницего элемента и перпендикулярном к грани npH3f.dbi полного внутреннего отражения/ tf - угол между падаюхцим и отра женным светом в призме пол ного внутреннего отражения - показатель преломления при .мы полного внутреннего отражения;Пд - показатель преломления обы новенного луча света.S дву лучепреломляющем элементе; ng - показатель преломления необыкновенного луча света в направлении падающего свет в призме полного внутренне го отражения. Для повышения надежности модулято pa света кольцевой оптический резона тор выполнен в виде призмы с равными углами. Для получения импульсов модулированного света различной длительности кольцевой оптический резонатор выполнен с возможностью из.1енения оптической длины, например, из двух призм полного отражения/ одна из которых выполнена подвижной. На фиг. 1 и фиг. 2 изображены при ципиальные схемы двух вариантов моду лятора света . На фиг, 1 изображены: трехгранная призма 1, двулучепреломляющий элемент 2, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, призма 3 с равными углами и гранями, образующими кольце вой оптический резонатор, элемент 4, нарушающий полное внутреннее отражение от одной из граней призмы 3. Двулучепреломляюций элемент 2 выполнен fi3 отрицательного анизотропного кристалла, например исландского шпата или нитрата натрия и расположен между гранями призмы 1 и 3 в оптическом контакте с ними своими параллельными плоскостями. На фиг. 2 изображены: двулучепреломляющий элемент 5, выполненный в виде трехгранной призмы, передняя грань которой перпендикулярна модулируемому световому потоку и оптической оси отрицательного анизотропного кристалла, из которого состоит двулучепреломляющий элемент 5, призмы 6 и 7 полного внутреннего отражения, которые образуют кольцевой оптический резонатор, и отражающие поверхности которых просветлены, элемент 8, нарушающий полное внутреннее отражение от одной из граней призмы 6. Двулучепреломляющий элемент 5 установлен с гранью призмы 6 гипо.тенузной гранью в оптическим контакте Призма 7 выполнена с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном своей проходной грани. Элементы 4 и 8 (фиг. 1 и 2) , нарушающие полное внутреннее отражение в. призмах 3 и 6 могут быть выполнены из пьезоэлектриков которые под деист-, вием управляющего сигнала изменяют свою толщину, а с ней и воздушный слой между плоскостями элементов 4 и 8 и гранями призм 3 и б, что приводит к оптическому контакту между ними и модуляции света, или электрооптическрго кристалла, находящегося в оптическом контакте с призмами 3 и 6 и, показатель преломления которого изменяется под действием управляющего сигнала. Модулятор света работает следующим образом. Плоскополяризованный световой поток проходит через трехгранную .призму 1, преломляется на границе призма 1 - двулучепреломляющий .элемент 2 в направлении его оптической оси. Пройдя по оптической оси двулучепреломляющий элемент 2, свет преломляется на грани призмы 3 и выходит под углом 4/2 к перпендикуляру -опущенному, на грань призмы 3,.причем б1п9. .(1) s-tn ад В кольцевом оптическом резонаторе, которым является призма 3, поверхности полного внутреннего отражения расположены так, что световой поток образует световое кольцо с углом падения света на входную грань призмы 3 равным Ч /2. Для этого направления показатели преломления для обыкновенного Пф и необыкновенного п лучей будут различными. В частности, для отрицательного лучепреломпяющего элемента Og будет меньше пр. При этом показатель преломления необыкновенного луча можно определить по формуле Sin Г С05Ч/й где 7 - угол между оптической осью двулучепреломляющего элемента и направлением падения на него света в кольцевом оптическом резонаторе, т.е. призме 3. Так как показатель прелоглления призмы выбран согласно соотношения (1), то необыкновенные лучи света не проходят через границу призма 3 двулучепреломляющий элемент 2, а циркулируются по кольцевому оптическому резонатору. При этом мощность световой энергии в резонаторе возрас тает до тех пор, пока не нарушится полное внутреннее отражение с помощь элемента 4, Так как нарушение полного внутреннего отражения может быть обеспечено практически мгновенно, то величина длительности импульса 1 на выходе модулятора равняется: «- a/v; где 6 - длина кольцевого оптического резонатора; V - средняя скорость света в кол цевом оптическом резонаторе. Для изменения длительности имйуль са модулированного света в модуляторе может быть предусмотрено изменение длины оптического пути в кольцевом оптическом резонаторе с помощью перемещающейся призмы 7,как показано на фиг, 2. Величину мощности светового потока, накопленную в кольцевом оптическом резонаторе можно определить п формуле Р Р где Р.., - мощность накопленная в коль цевом оптическом резонаторе Р - мощность модулируемого светового потока; К - светопропускание кольцевого оптического резонатора за один проход по нему света; - количество проходов передне го фронта модулируемого све . та по кольцевому оптическому резонатору. Максимально возможная мощность, н копленная в кольцевом резонаторе при будет равна Рта% Таким образом, периодически нарушая полное внутреннее отражение в при призме 3 получим модулированный свет амплитуда которого в 1/1-К раз больше величины мощности модулируемого света, а длительность С. Модулятор позволяет получить мощность модулированного светового пото ка большую чем мощность модулируемого потока. Формула изобретения Модулятор света, содержащий призмы для ввода и вывода излучения, дву лучепреломляющий элемент и кольцевой оптический резонатор в виде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере, одна грань которой выполнена с возможностью периодического нарушения полного внутреннего отражения, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности модулированного светового потока, двулучепреломляющий элемент установлен в оптическом контакте с призмой для ввода излучения и гранью призмы полного внутреннего отражения, причем его оптическая ось ориентирована в направлении распространения света под углом к поверхности призри полного внутреннего отражения (rCSin(.S5ni//a) а показатель преломления призмы полного внутреннего отражений 6inv/a np l ; де б - угол между оптической осью двулучепреломляющего элемента и перпендикуляром к грани призмы полного внутреннего отражения; (f - угол между падающим и отраженным светом в призме полного внутреннего отражения; - показатель преломления призмы полного внутреннего отражения;. Mj, - показатель преломления обыкновенного луча в двулучепреломляющем элементе; Hg- показатель преломления необыкновенного луча в направлении падающего света в призме полного внутреннего отражения. 2.Модулятор по п. 1, отлиающийся тем, что кольцевой птический резонатор выполнен в вие призмы с равными углами. 3.Модулятор по п. 1, отлиающийся тем, что, с целью олучения импульсов различной длиельности кольцевой оптический резоатор выполнен с возможностью изменения оптической длины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Катыс Г.П. и др. Модуляция и отклонение оптического излучения. М., Наука, 1967, с. 79-83. 2.J.R. Izatt, Internal Reflect - . on Barriers as Reflectors in a Modified Fabri - Perot InterferomeIr J. Opt. Soc. Am;, 1965, V. 55, p. 202.