Способ создания собственной оптической бистабильности

 

Сущность изобретения: плоскополяризованный поток лазерного излучения направляют в кристалл, в котором осуществляется самовоздействие потока за счет фотогальванического и электрогирационного эффектов , приводящее к фотоиндуцированному вращению плоскости поляризации, из модулированного потока формируют обратный поток, стирающий самовоздействие при превышении порога 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 02 F 3/00

ГОСУДАР CT B E ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1 Ч Ж

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813581/25 (22) 13,04.90 (46) 15.06.92, Бюл, ¹ 22 (71) Кемеровский государственный университет (72)-С.M.Êîñòðèöêèé и О,M.Êoëåñíèêoâ (53) 621.327.66:535,825.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1182472, кл. G 02 F 1/01, 1985, Zozulya А.A., Baumgartel К., Sauer К, B lstabillty at two-wave mixing with ãådbàñk in

photorefractive media. — Gptics

Communications, 1989, н.72, N 6, р.381-383, Изобретение относится к нелинейной оптике и может быть использовано для создания оптических переключателей — основных элементов интегральной оптики и оптоэлектроники.

Известен способ создания собственной оптической бистабильности, за кл ючающийся в пропускании лазерного пучка через оптический . резонатор, содержащий нелинейную среду, последующем увеличении интенсивности пучка выше порогового значения, при котором изменение показателя преломления непинейной среды вызывает смещение резонансной частоты пропускания резонатора до появления скачка выходной интенсивности пучка, плавном уменьшении интенсивности пучка до появ-. ления обратного скачка его интенсивности.

Недостатком известного способа является возможность осуществления бистабильного режима для узкополосного стабилизированного по частоте излучения

„„Я2„„1741993 А1 (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ СОБСТВЕННОЙ

ОПТИЧЕСКОЙ БИСТАБИЛЬНОСТИ (57) Сущность изобретения: плоскополяризованный поток лазерного излучения направляют в кристалл, в котором осуществляется самовоздействие потока за счет фотогальванического и электрогирационного эффектов, приводящее к фотоиндуцированному вращению плоскости поляризации, из модулированного потока формируют обратный поток, стирающий самовоздействие при превышении порога. 3 ил, из-за резонансной характеристики резонатора, а также сравнительно невысокое быстродействие и значительные энергетические затраты.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ создания собственной оптической бистабильности, заключающийся в том, что поток лазерного излучения с гауссовым профилем распределения интенсивности по поперечному .сечению направляют в кристалл с фотоэлектрическими свойствами, в котором осуществляется самовоздействие потока лазерного излучения, из модулированного потока формируют обратный поток лазерного излучения, который стирает самовоздействие, представляющее обьемную голографичскую фоторефрактивную решетку, при превышении пороговой интенсивности.

К недостаткам известного способа можно отнести высокие затраты излучения пуч1741093 ка на создание бистабильного режима, низкий контраст переключения за счет дифракции на шумовых решетках и большую инерционность.

Цель изобретения — повышение быстродействия, контраста и уменьшение энергии переключения, Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить затраты излучения на создание бистабильного режима в 10 — 100 раз по сравнению с прототипом, что связано с использованием нового физического принципа, а именно фотоиндуцированного вращения поляризации света в фотосегнетоэлектрических кристаллах, п)зоисходящего при аномально малых значениях интенсивности света (0,1-10 мВт).

Предлагаемый способ позволяет повысить контраст переключения в 2 — 3 раза (Л =- Ь вЂ” (1/lg (фиг.3)). За счет осуществления селектирования по поляризации лазерного излучения, Способ дает возможность уменьшить инерционность переключения бистабильного;. жима (по сравнению с прототипом на порядок), что обусловлено малыми характерными временами (0,1 — IO нс) фотоиндуцированных явлений, положенных в его основу.

Указанная цель достигается тем, что, согласно способу создания собственной оптической бистабильности путем направления потока лазерного излучения с гауссовым профилем распределения интенсивности по поперечному сечению в кристалл с фотоэлектрическими свойствами, в котором осуществляется самовоздействие потока лазерного излучения, и формирование из модулированного потока обратного потока лазерного излучения, который стирает самовоздействие при превышении пороговой интенсивности, в качестве исходного потока используют плоскополяризованный поток лазерного излучения, который вызывает в кристалле фотогальванический и электрогирационный эффекты, из модулированного потока лазерного излучения, выделяют составляющую с направлением плоскости поляризации, отличающимся от исходного направления на угол фотоиндуцированного вращения, а обратный поток лазерного излучения расширяют до превышения его поперечным сечением размера области с повышенной концентрацией фотоиндуцированных носителей заряда в крис алле, образуемых исходным потоком лазерного излучения.

При прохождении лазерного излучения вдоль оптической оси ряда фотосегнетоэлектрических кристаллов (ЫКЬОз, 0ТаОз, ВаТ!Оз) происходит поворот поляризации лазерного излучения, Величина угла поворота Ф поля ризации зависит от интенсивно5 сти 1 лазерного излучения и толщины кристалла :.

Ф Allw.l/(v4, +о,) (1)

10 где А — коэффициент электрогиргции; к — коэффициент поглощения;

k — константа Гласса;

Оф,% — фотопроводимость, темновая проводимость.

15 Данный фотогирационный эффект наблюдается при очень малых значениях интенсивности лазерного излучения (0,1 — 10 мВт) и происходит под действием коротких лазерных импульсов (0,1 — 10 нс), что позво20 ляет значительно уменьшить затраты пучка излучения на создание собственной оптической бистабильности.

При прохождении пучка света через фотосегнетоэлектрический кристалл и роисхо25 дит пространственно-неоднородное

: перераспределение пространственного заряда с повышенной концентрацией фотовозбужденных носителей на периферии светового пучка, За счет этого в освещенной

30 области кристалла появляется фотоиндуцированное электрическое поле Е большой напряженности (10 -10 В/см), и вследст3 5 вие элек1рогирацион ного эффекта происходит вращение поляризации света.

35 Освещение этой области кристалла пучком света большей ширины и меньшей плотности облучения по сравнению с исходным, приводит к "размазыванию" областей с повь1шенной концентрацией электрических

40 зарядов, следовательно, и к понижению напряженности фотоиндуцированного поля, и уменьшению угла Ф поворота поляризации света при прохождении через кристалл

45 Ьс! (2) где Е,, — фотоиндуцированное электрическое поле.

Поэтому для создания оптической бистабильности фотосегнетоэлектрический кристалл помещают межу поляризаторами, рассогласованными на угол p . Значение угла р выбирают таким, чтобы при сравнительно малых значениях интенсивности лазерного пучка Т1 могло выполняться условие Ф = р. В качестве сигнала обратной связи используется часть пучка лазерного излучения, прошедшего через систему

1741093 поляризатор — кристалл — поляризатор, Отрицательная обратная связь осуществляется за счет стирания фотоиндуцированных изменений расширенным и посланным обратно в кристалл пучком, Способ осуществляют следующим образом (фиг.1,а).

Лазерный пучок с.гауссовым профилем распределения интенсивности Т1, излучаемый лазером 1, направляют вдоль оптической оси фотосегнетоэлектрического кристалла 2, помещенного между поляризаторами 3 и 4, рассогласованными на угол р (фиг.1,б), величину которого определяют из значения фотоиндуцированного поворота поляризации лазерного излучения в данном кристалле.

Затем, в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего через кристалл 2, с помощью оптической системы из линзы

5 и выпуклого полупрозрачного зеркала 6 формируют пучок излучения для обратной связи Т2, Пучок обратной связи 72 направляют обратно в кристалл 2 по пути пучка Т2 для стирания изменений, созданных первичным лазерным пучком Ть Диаметр пучка обратной связи с помощью оптической системы зеркало 6 — линза 5, делают большим по отношению к диаметру первичного лазерного пучка Т1 (фиг.1,в), Пример 1, В качестве активного элемента используют ниобат . лития (0ИЬОз), легированный железом (CFe = 0,01 вес,%), имеющий agon ь оптической оси длину 4 мм. Берут импульсный лазер, излучающий в сине-зеленом диапазоне видимого спектра (4, = 0,4-0,54 мкм). Угол рассогласования поляризаторов у, согласно (1) устанавливают равным 1,2 . Излучение лазера 1 проходит кристалл 2 и,. начиная с порогового значения интенсивности 4, когда угол поворота поляризации в кристалле (1) Ф р, произойдет скачок интенсивности на выходе из поляризатора 4 и, следовательно, возникнет излучение- оптической Обратной связи Т2, При этом пучок Т2 будет стирать изменения в кристалле, наведенные первичным лазерным пучком 71 ; и, следовательно, приведет к падению интенсивности выходного сигнала, На фиг.2,в приведен графически временной ход лазерного излучения, на фиг.2,б — то же, выходного сигнала.

Сильная обратная связь приводит к из5 менению поляризации в широком пределе значений, что и позволяет получить оптическую бистабильность, Зависимость выходной интенсивности от входной, демонстрирующая петлю гисте10 реэиса (фиг,3), подтверждает реализацию собственной оптической бистабильности с помощью предлагаемого способа, Пример 2. В качестве активного элемента используют кристалл тантала15 та лития (LITa03), легированный медью (Ccu = 0,05 вес.%), имеющий вдоль.оси длину 2,5 мм.

Берут импульсный рубиновый лазер, излучающий на длине волны ). = 0,69 мкм, 20 Угол рассогласования р, согласно (1), устанавливают равным 0,9О. Дальнейшие операции и результаты такие же, как в примере 1.

Формула изобретения

Способ создания собственной оптиче25 ской бистабильности, заключающийся в том, что поток лазерного излучения" с гауссовым профилем распределения интенсивности по поперечному сечению направляют в кристалл с фотоэлектрическими свойства30 ми, в котором осуществляется самовоздействие потока лазерного излучения, из модулированного потока формируют обратный поток лазерного излучения, который стирает самовоздействие при превышении пороговой

35 интенсивности, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, контраста и уменьшения энергии переключения, в качестве исходного потока используют плоскополяризованный поток лазерного иэ40 лучения, который вызывает в кристалле фотогальванический и электрогирационнь и эффекты, из модулированного потока лазерного излучения выделяют составляющую с направлением плоскости поляризации, от45 личающимся от исходного направления на угол фотоиндуцироваиного вращения, а обратный поток лазерного излучения расширяют до превышения его поперечным сечением размера области с повышенной

50 концентрацией фотоиидуцированиых носителей заряда в кристалле; образуемых исходным потоком лазерного излучения.

1741093

1741093

Составитель С.Кострицкий

Редактор M.Êoáûëÿícêàë Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Ваш

Заказ 2084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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