Способ создания собственной оптической бистабильности и бистабильная оптическая ячейка (ее варианты)

 

1. Способ создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазеро г ного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки и саь1одефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности, о т л и ч а ю щ и и.с я тем, что, с целью уменьшения затрат излучения пучка на создание бистабильного режима и . повышения контраста переключения, пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апертурно-ограниченных участков пучка,причем апертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 10% мощности пучка.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5l)4 G 02 F 1 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕХЗЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3687765/24-25 (22) 06. 01. 84 (46) 30. 09. 85. Бюл. N - 36 (72) А.А. Борщ, H. С. Бродин, В. П. Лукомский и В.Н.Семиошко (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН УССР (53) 535.8(088.8) (56) 1.Gibbs Н. et аl. Room-temperature excitonic optical bistability in а GaAs GaA1As superlattice etalon.

Appl Phys Lett v. 41, N 3, р.221, 1982.

2. Bjorholm I. Optical bistability based on self-focusing. — Optics

Еetters, v. 6, N 7, р. 345-347, 1981, (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ СОБСТВЕННОЙ

ОПТИЧЕСКОЙ БИСТАБИЛЬНОСТИ И БИСТАБИЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА (ЕЕ ВАРИАНТЫ), (57) 1. Способ создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазер„„SU„„1182472 A ного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки и самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего планного уменьшения мощности, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения затрат излучения пучка на создание бистабильного режима и повышения контраста переключения, пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апертурно-ограниченных участков пучка, причем апертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 10Х мощности пучка.

11

2. Бистабильная оптическая ячей- ка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и. зеркало обратной связи, отличающаяся тем, что, с целью увеличения пропускания ячейки, контраста переключения, повышения надежности, ресурса работы и упрощения ее конструкции, зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизны Р где d — - диаметр пучка на выходе из нелинейного элемента; .1 — длина волны излучения, имеет осевое отверстие диаметром вЂ, где a — - диаметр

72 лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.

82472

3. Бистабильная оптическая ячей1 ка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейньп элемент и зеркало обратной связи, отличающаяся тем, что, с целью увеличения пропускания ячейки, контраста переключения, повышения надежности, ресурса работы и упрощения конструкции, зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизны R ),1г где d — диаметр пучка на выходе иэ нелинейного элемента; Л вЂ” длина волны излучения, имеет осевое отверстие диаметром «Т,5a C Ь г 2а, где

or — диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к нелинейной оптике, и может быть использовано для создания оптических переключателей — основных элементов интеграль- 5 ной оптики и оптоэлектроники.

Известен способ создания собственной оптической бистабильности, saключающийся в пропускании лазерного пучка через оптический резонатор, 10 содержащий нелинейную среду, последующем увеличении интенсивности пучка выше порогового значения, при котором изменение показателя преломления нелинейной среды вызывает 15 смещение резонансной частоты пропускания резонатора до появления скачка выходной интенсивности пучка, плавном уменьшении входной интенсивности пучка до появления обратного скач- 20 ка его выходной интенсивности (11.

Известно устройство для создания собственной оптической бистабильности, содержащее резонатор, образованный двумя зеркалами, и нелинейный 25 элемент расположенный внутри резонатора Г1

Недостатками известного способа и устройства являются возможность осуществления бистабильного режима

2 только для узкополосного стабилизированного по частоте излучения из-за резонансной характеристики резонатора, а также сравнительно невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазерного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения выходной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки или самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности (2).

Наиболее близким к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является бистабильная оптическая ячейка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратной связи (21.

1182472

К недостаткам известного способа можно отнести высокие затраты излучения пучка на создание бистабильного режима и низкий контраст переключения, а недостатками устройства являются низкое пропускание ячейки, малый контраст переключения, низкая надежность, малый ресурс работы и сложность конструкции.

Цель изобретения — уменьшение затрат излучения пучка на создание бистабильного режима и повышение контраста переключения, а также увеличение пропускания ячейки, контраста переключения, повышение надежности, ресурса работы и упрощение конструкции бистабильной ячейки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазерного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности из" лучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки или самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности, пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апертурно-ограниченных участков пучка, причем апертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 107 мощности пучка.

В бистабильной оптической ячейке, содержащей последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратной связи, зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизры где d — диаметр пучка на выходй из нелинейного элемента; длина волны излучения имеет

Э

Ol осевое отверстие с диаметром где a — - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала, либо зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизны Я - —, где cf — диаметр

-12

1 пучка на выходе из нелинейного эле5

t0

55 мента; — длина волны излучения, имеет осевое отверстие с диаметром

6,! ы С Ьс2м, где и — диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.

На фиг.1 представлена схема бистабильной оптической ячейки; на фиг.2 — временные зависимости входного (a) и выходного (Ь) излучений на фиг.З вЂ” зависимость интенсивности выходного сигнала от входной интенсивности (гистерезисная.петля), реализуемая в бистабильной ячейке.

Бистабильная оптическая ячейка (фиг.1) состоит из лазера 1, нелинейного элемента 2, сферического зеро

1 кала 3 с отверстием 4.

Устройство работает следующим образом..

Излучение лазера 1 проходит нелинейный элемент 2 и, начиная с некоторой пороговой интенсивности, самодефокусируется, что приводит к увеличению размера пятна на зеркале 3 . и, следовательно, к возникновению излучения оптической обратной связи.

При этом интенсивность света в нелинейном элементе 2 увеличивается, что приводит к еще большей дефокусировке и, следовательно, к дальнейшему возрастанию величины обратной связи, а также к падению интенсивности выходного сигнала. На фиг.2 приведен графически временный ход лазерного излучения, на фиг.28 - выходного сигнала. Сильная обратная связь поддерживает самодефокусировку в нелинейном элементе даже при снижении интенсивности на входе в нелинейную среду меньше пороговой интенсивности самодефокусировки, что и позволяет получить оптическую бистабильность (положения „ и на фиг. 2 6 при входной интенсйвности на фиг.2и, т.е. два значения выходной интенсивности, соответствующие одному и тому же значению входной интен" сивности на переднем и заднем фронтах импульса). Зависимость выходной интенсивности от входной, демонстрирующая петлю гистерезиса (см.фиг.3), подтверждает бистабильный характер работы предлагаемого устройства.

Бистабильная ячейка позволяет повысить отношение.йьиодндй интенсивнос ти к входйой в .ФО раэ (203) по срав118247

6 0 80

Составитель Ю.Низиленко

Редактор К.Волощук Техред A.Неце Корректор В.Гирняк

Заказ 6103/45 Тираж 525 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4 и е н и ю c I l p o J c) T H II oM H v B E.. ли ч и т ь раст переключения бистабильности до

5 (теоретический), что существенно при изготовлении на базе бистабильных ячеек элементов интегральной оптики и оптоэлектроники.