Электрооптическая линза Советский патент 1982 года по МПК G02F1/03 

1

Изобретение относится к квантовой электронике и оптике и может быть использовано для управляемого фокусирования оптического излучения.J

Известны оптические системы, в которых управление фокусным рйсстоянием осуществляется за счет механического перемещения части элементов системы 2..ю

Основными погрешностями этих систем являются инерционность процесса перестройки, большие габариты, а также наличие движущихся частей, j подверженных Износу.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электрооптическая линзаj в которой установлены два последовательно рас- 20 положенных узла, каждый из которых состоит из четырех параллельных оптической оси цилиндрических элект.родов, равномерно размещенных по

кругу и погруженных в среду, проявляющую эффект Керра. Второй узел повернут вокруг оптической оси на 4 относительно первого и служит для компенсации астигматизма линзы и создания конического расходящегося пучка, угол расходимости которого зависит от приложенного к электро дам напряженияtЗ.

Однако эта линза имеет большие габариты, необходимые для того, что бы получить заметные углы расходимости пучка в материалах, обладающих квадратичным электрооптическим эффектом. Кроме того, ее невозможно использовать в качестве положительной линзы, поскольку квадратичный электрооптический эффект, положенный в основу ее работы, не зависит от направления электрического поля. Расширение же диапазона изменения фокусного расстояния такой линзы в сторону положительных величин

требует .внесения в устройство дополнительной положительной линэы,что увеличивает габариты устройства и создает неудобства, когда необходимо быстрое изменение фокусного расстояния от отрицательных до положительных величин.

Целью изобретения является уменьшение габариуов электрооптической линзы и придание ей свойств как отрицательной, так и положительной линзы.

Эта цель достигается тем, что рабонее тело линзы выполнено из материала, обладающего линейным электрооптическим эффектом, а система электродов представляет собой набор боковых электродов, окаймляющих рабочее тело линзы и двух прозрачных торцевых электродов, причем электроды представляют собой поверхнрсти вращения вокруг оси устройства.

Поверхности электродов могут иметь форму, описываемую уравнением. ()(%V -fcRo, где x,y,iE - декартовы координаты, причем ось Z совпадает с осью кристалла рабочего тела; компоненты тензора диэлектрической проницаемо сти на частоте внешнего управляющего электричес кого поля; RoV - расстояние от начала ординат до вершин торцовых электродов. С целью упрощения конструкции лин зы прозрачные электроды могут быть выполнены в виде частей сферических поверхностей, а боковые - в виде частей торов; либо торцевые электроды выполнены плоскими,, а боковые - а виде кольцевых полосок. На фиг. 1 изображено предложенное устройство (вариант) (показано сечение электрооптической линзы, плоскостью ); на фиг. 2 - то же, аксонометрическая проекция. Электрооптическая линза состоит из кристалла 1, который изготовлен в виде цилиндра, а также электродов 2-5, из которых электроды 2 и 5 выполнены прозрачными. Работа устройства осуществляется следующим образом.

На электроды 2-й k подается, например, напряжение с положительным потенциалом, а на электроды 3 и 5 с отрицательным (или наоборот), Создаваемая при этом неоднородность электрического поля в кристалле обеспечивает распределение показателя преломления в плоскости х, у не обходимое для сферической фокусировки (дефокусировки) при распространении в направлении оси z излучения, поляризованного вдоль одной из главных диэлектрических осей кристалла в электрическом поле х,у1

Изменение величины прикладываемого напряжения приводит к изменению величины фокусного расстояния линзы. Для системы электродов, описываемой уравнением (1), главное фокусное расстояние линзы определяется выражением

2 RO

(2)

F

/ где п- показатель преломления для фокусируемого излучения; г- используемая компонента электрооптического тензора rijk; L- длина кристалла; Vp- разность потенциалов, прикладываемая к электродам. Использование предлагаемой линзы выгодно отличается от известной тем, что она значительно меньше по габаритам и является как отрицательной, так и положительной. Так, например, предлагаемая электрооптическ.ая линза, выполненная из ниобата лития с электродами, изготовленными в виде частей сферических поверхностей и торов на апертуру 0,5 см, имеет длину L 0,3 см. Формула изобретения 1. Электрооптическая линза с управляемым электрическим полем фокусным расстоянием, содержащая рабочее тело, выполненное из электрооптического материала, и систему электро дов, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов электрооптической линзы и придания л. ей свойств как отрицательной, так и положительной линзы, рабочее тело линзы выполнено иа материала, обладающего линейным электрооптимеским эффектом, а система электродов предетавляет собой набор боковых электродов, окаймляющих рабочее тело линзы и двух прозрачных торцевых электродов, причем электроды представляют собой поверхности вращения вокруг оси устройства. 2. Линза по п. 1, отличающаяся тем, что поверхности эле родов описываются уравнением zl3z(xSv)--±Rj, сг где x,y,z - декартовы координаты, причем ось 2 coвпaдaet с осью кристалла рабоче тела; Х .: компоненты тензора диэлектрической проницаемости на частоте внешне управляющего электричес кого поля; .) Расстояние от начала координат до вершин торцовых электродов. 3. Линза по п. 1,отлича|Ь1Д а я с я тем, что прозрачные электроды выполнены в виде частей сферических поверхностей / а боковые -. в виде частей торов. i. Линза по п. 1, о т ч а ющ а я с я тем, что торцовые электроды выполнены плоскими, а боковые в виде кольцевых полосок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Мальцев М. Д., Каракулина Г. А. .Прикладная оптика и оптические изме рения. М., Машиностроение, 1968. /2. Патент США № (, кл. 350-18, опублик. ТЭ. 3. Патент США Н . кл. 350-180, опублик. 19б9 (прототип) .

иг.2