Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения

 

Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения относится к области квантовой электроники. Цель изобретения - увеличение надежности и уменьшение оптических потерь. В модулятор включена формирующая оптика, выполненная в виде N плосковыпуклых линз с отражающими покрытиями на сферических торцах, а на входе и выходе модулятора установлены прямоугольные призмы, у каждой из которых одна из граней расположена относительно оси прямоугольной электро-- оптической ячейки под углом Брюстера, причем призмы и формирующая оптика установлены на оптический контакт к торцам электрооптической ячейки. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 02 F 1/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3035431/25 (22) 12.02.82 (46) 30,04.91. Бюл. М 16 (72) В.П.Ананьев, В.И.Лауга, А.И,Лисицын и И.B,Hèêoëàåâ (53) 535.242 (088.8) (56) Адрианова И.И. и др. Модуляция инфракрасного излучения при многократном прохождении через кристалл GaAs, — Оптика и спектроскопия, 1971, т. 30, М 5, с. 974.

Авторское свидетельство СССР

М 869478, кл. G 02 F 1/03, 1971, (54) МНОГОПРОХОДНЫЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР КОГЕРЕНТНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к квантовой электрони;е и может быть использовано в коммерческих линиях связи, локационных системах и марологии.

Целью изобретения является увеличение надежности и уменьшение оптических потерь.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый многопроходный модулятор, выполненный в виде сборного моноблока, содеожит электрооптическую ячейку с электродами,. общее основание и дополнительные элементы: оптику, формирующую излучение на каждом проходе, выполненную в виде плосковыпуклых линз с отражающими покрытиями на сферических поверхностях, входную и выходную призмы и плоские пластины, причем последние установлены на торцах основания, а формирующая оптика, входная и выходная призмы находятся в оптическом контакте с совмещенными в одной плоскости торцами элек„„сА,„, 1645929 А1

1 (57) Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения относится к области квантовой электроники. Цель изобретения — увеличение надежности и уменьшение оптических потерь, В модулятор включена формирующая оптика, выполненная в виде N плосковыпуклых линз с

Отражающими покрытиями на сферических торцах, а на входе и выходе модулятора установлены прямоугольные призмы, у каждой иэ которых одна из граней расположена относительно оси прямоугольной электрооптической ячейки под углом Брюстера. причем призмы и формирующая оптика установлены на оптический контакт к торцам электрооптической ячейки. 3 ил, 3 трооптической ячейки и гранями плоских пластин, при этом одна из граней каждой

Эпризмы расположена относительно оси электрооптической ячейки под углом а =Я вЂ” Л, где 08 — угол Брюстера;Л— угол падения излучения на отражающие поверхности формирующей оптики.

Угол между наклонными гранями призм и толщина плосковыпуклых линз выбирают- (Л ся такими, чтобы при заданных длине и ши- 0 рине электрооптической ячейки обеспечить ввод излучения под углом Брюстера и максимальное число проходов излучения через нее. Толщина электрооптической ячейки и радиус кривизны линз выбираются с учетом минимизации дифракционных потерь при переходе излучения из линзы в электрооптическую ячейку. Плоские оптически полированные торцы электрооптической ячейки, в оптическом контакте с которыми находятся призмы и линзы формирующей оптики, параллельны друг другу с точностью

1645929

45

55 не хуже 30 угловых секунд и не имеют просветляющих покрытий, Плоские пластины, устанавливаемые на торцах основания, увеличивают площадь оптического контакта и повышают надежность устройства, Основание модулятора выполнено иэ металла, коэффициент температурного расширения (KTP) которого близок к KTP используемого в модуляторе электрооптического материала, из которого выполнены все перечисленные элементы сборного моноблока модулятора.

На фиг, 1 изображен многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — ход лучей.

Сборный оптический моноблок модулятора содержит прямоугольные входную и выходную призмы 1, линзы 2 с отражающими покрытиями 3 на их сферических торцах (оптика, формирующая излучение на каждом проходе), прямоугольную электрооптическую ячейку 4 с верхним и нижним электронами 5 и 6 укрепленную вместе с призмами, формирующей оптикой и плоскими пластинами 7 на основании 8.

На фиг. 1 введены обозначения: Р— угол между наклонными гранями призм; t — Tollщина плосковыпуклых линз; I, 4 и Ь вЂ” соответственно длина, толщина и ширина электрбоптической ячейки.

Модулятор работает следующим образом, Излучение, введенное в модулятор, распространяется внутри кристалла, как показано на фиг. 1. При этом линзы с отражающими покрытиями работают как внутренние зеркала (излучение падае1 на отражающее покрытие со стороны материала линзы), обеспечивая тем самым минимальное число границ воздуха— электрооптическая среда (две границы). Использование внутренней оптики позволяет надежно защитить поверхность отражающего покрытия от влияния атмосферы, например, слоем лака, увеличив этим надежность устройства в сложных условиях эксплуатации.

При прохождении через кристалл излучение взаимодействует с управляющим электрическим полем, изменяя свою фазу.

Электрическое поле при этом создается с помощью нижнего и верхнего электродов 5 и 6. Оптическое излучение при входе в электрооптический кристалл и выходе из него взаимодействует не с просветляющими покрытиями, лучевая прочность которых ограничена, а с поверхностью кристалла, прочность которой существенно выше.

В предлагаемом устройстве уменьшение оптических потерь, обусловленных отражениями излучения от торцов электрооптического кристалла. ввиду отсутствия просветляющих покрытий, обеспечивается специальной формой входной и выходной призм, на рабочие поверхности которых излучение падает под углом Брюстера.

Входная и выходная призмы, а также плоские поверхности формирующей оптики находятся в оптическом контакте с торцами электрооптической ячейки. С целью увеличения площади оптического контакта и повышения за счет этого надежности устройства на торцах основания установлены плоские пластины из электрооптического материала так, что одна их широких граней пластин приклеивается к основанию. а другая образует с входным (выходным) торцом прямоугольной электрооптической ячейки плоскость.

Луч, падающий под углом Брюстера на поверхность входной призмы в точке О (фиг. 3), преломляется и распространяется в электрооптической ячейке без отражений на границах призма — ячейка и ячейка — формирующая линза, так как эти элементы находятся в оптическом контакте. Направление распространения луча составляет с осью ячейки и оптической осью формирующей линзы угол Л, выбираемый при оптимизации параметров модулятора и зависящий от длины ячейки, числа проходов и т.д. По свойству угла Брюстера направление, соответствующее отраженному лучу, составляет с направлением преломленного луча прямой угол, поэтому 0 0 Ь = л — ЯЬ вЂ” л/г = л/2 — таккак /à 001 = Л, то

1 а 0 Ь =1а 001+LO> 0 Ь =

=л/2 — Щ + Л, но < а 0 t3 =P, так как имеет с ним взаимI но перпендикулярные стороны. Следовательно, /3 = л/2 — + + Л.

Таким образом, выбрав при оптимизации конструкции модулятора угол Л и зная величину угла Брюстера {tg И = rl, где и— коэффициент преломления материала призмы), можно однозначно определить величину угла при вершине призмы ф ), которая обеспечит при вводе излучения в модулятор под углом Брюстера требуемое многократное распространение его в модуляторе по заданной траектории.

1645929

Угол а показан на чертеже и, как следует изДАВС, Уменьшение оптических потерь в предлагаемом модуляторе достигается за счет сведения к минимуму (к двум) числа границ воздух — электрооптическая среда и отказа от просветляющих покрытий. На просветля- 10 ющих покрытиях эа счет их неидеальности происходит частичное рассеяние и поглощение света, характеризующееся суммарными потерями д р . Величина д р при одном взаимодействии света с покрытием 15 составляет в лучшем случае д1лр= 2-3 (современный отечественный технологический уровень в десятимикронном диапазоне). В N-проходных модуляторах величина дпр может достигагь больших значений. В предлагаемом модуляторе дпр = 0 благодаря установке формирующей оптики и входной (выходной) призм на оптический контакт с торцами электрооптической ячейки, а также благодаря выбору формы призмы. обеспечивающей ввод излучения в модулятор под углом Брюстера.

Таким образом, использование предлагаемого модулятора позволяет увеличить надежность и уменьшить оптические потери за счет отсутствия просветляющих покрытий, свести к минимуму число границ воздух - электрооптическая среда и исполь- 35 зовать формирующую оптику, выполненную в виде внутренних зеркал.

Формула изобретения

Многоп роходный электрооптический модулятор когерентного излучения, выполненный в виде сборного моноблока, включающего электрооптическую ячейку с электродами, установленную на основании, и формирующую оптику, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения надежности и уменьшения оптических потерь, в состав моноблока введены плоские пластины, установленные между формирующей оптикой и торцам:.:. основания, а также входная и выходная прямоугольные призмы, при этом электрооптическая ячейка выполнена прямоугольной, а формирующая оптика выполнена в виде и плосковыпуклых линз с отражающими покрытиями на сферических торцах, оптические оси которых сдвинуты на расстояния, обеспечивающие (N + 1)кратное прохождение излучения в электрооптической ячейке, причем грани плоских пластин и торцы электрооптической ячейки находятся в оптическом контакте с гранями входной и выходной прямоугольных призм и формирующей оптики, при этом углы j3 при вершинах входной и выходной прямоугольных призм, прилегающие к тор- цам электрооптической ячейки, равны

j3= — — ®+Л, 2 где 06 — угол Брюстера;

Л вЂ” угол падения излучения на торцы электрооптической ячейки, 1645929

Составитель А.Шеломова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор Е,Копчв

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1349 Тираж 344 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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