Электрооптический затвор

 

Изобретение относится к электрооптике , в частности к конструкции электрооптических импульсных модуляторов света, используемых для формирования световых импульсов большой интенсивности и с короткими передними фронтами. Электрооптический затвор содержит последовательно расположенные на одной оптической оси первый поляризатор, первый электрооптический кристалл (ЭОК), второй поляризатор, второй ЭОК и третий поляризатор Оптические оси первого и второго, а второго и третьего поляризаторов взаимно перпендикулярны . На боковые поверхности ЭОК нанесены по два кольцевых управляющих -электрода. Внешние управляющие электроды обоих ЭОК подключены к корпусу, а внутренние соединены через ключ. Параллельно управляющим электродам второго ЭОК подключена индуктивность, первый вывод источника напряжения присоединен к внутреннему управляющему электроду первого ЭОК, а второй вывод - к корпусу. Ключ может быть выполнен либо а виде нескольких быстродействующих коммутаторов, распределенных по окружности управляющих электродов, либо в виде коммутатора с кольцевыми коммутирующими электродами, охватывающими внутренние электроды обоих ЭОК 1 з.п. ф-лы, 2 ил. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 02 F 1/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР!

Ф !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

lO 0

lO ! (> (21)4833974/25 (22) 04.06.90 (46) 23.10,92, Бюл, ¹ 39 (71) Ульяновский политехнический институт (72) С.Л.Афонин, С.В.Афонина, А.А,Головков, Д.А,Калиников и А.П.Осипов (56) Афонин С.Л, и др. Исследование ЭОЗ с различными цепями связи. — Оптико-Механическая промышленность, 1987, N 10, с. 7 — 9.

Авторское свидетельство СССР

К 1452355, кл. G 02 F 1/03, 1988. (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЗАТВОР (57) Изобретение относится к электрооптике, в частности к конструкции электрооптических импульсных модуляторов света, используемых для формирования световых импульсов большой интенсивности и с короткими передними фронтами. Электрооптический затвор содержит последовательно расположенные на одной оптической оси

Изобретение относится к электрооптике, в частности к конструкции электрооптических затворов (ЭОЗ), используемых для оформления световых импульсов большой интенсивности нано- и пикосекундной длительности с высоким контрастом, Известны конструкции ЭОЗ на основе эффекта Поккельса, содержащие электрооптический кристалл (ЭОК) с кольцевыми управляющими электродами на боковой поверхности.

Недостатком подобных ЭОЗ является увеличение длительности переднего фронта светового импульса, определяемое конструк1ивным исполнением узла соединения электродов ЭОК с подводящей коаксиаль„„SU,, 1770940 А1 первый поляризатор, первый электрооптический кристалл (ЭОК), второй поляризатор, второй ЭОК и третий поляризатор Оптические оси первого и второго, а такж з второго и третьего поляризаторов взаимно перпендикулярны. На боковые поверхности ЭОК нанесены по два кольцевых управляющих

° электрода. Внешние управляющие электроды обоих ЭОК подключены к корпусу, а внутренние соединены через ключ. Параллельно управляющим электродам второго ЭОК подключена индуктивность, первый в вод источника напряжения присоединен к внутреннему управляющему электроду первого ЭОК, а второй вывод — к корпусу. Ключ может быть выполнен либо в, виде нескольких быстродействующих коммутаторов, распределенных по окружности управляющих электродов, либо в виде коммутатор з с кольцевыми коммутирующими электродзми, охватывающими внутренние электроцы обоих

ЭОК, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ной линией. Это объясняется тем. что для

ЭОК с большой апертурой (более 20 мм) длительность фронта управляющего электрического импульса связана по величине с временем распространения электромагнитной волны по ЭОК и при неэквипотенциальном заряде управляющих электродов возникает затягивание переднего фронтз светового импульса и в конечном и|оге снижение быстродействия ЭОЗ.

Известен ЭОЗ, содержащий по(ледовательно расположеннь е на одной оптической оси первый поляризатор, пери,iA ЭОК, второй поляризатор, второй ЭОК и третий поляризатор, причем первый и норой, а также второй и третий поляризаторы взаим1770940 но скрещены, а каждый ЭОК имеет по два кольцевых управляющих электрода, к которым диаметрально подключены по два отрезка линии передачи. Сигнальные проводники отрезков линии передачи соединены попарно, к точкам их соединения подключены коммутатор и источник напряжения. Один из выводов источника напряжения соединен с заземленными проводниками отрезков линии передачи через индуктивность, Недостатком известного устройства является следующее. Для ЭОЗ с большой апертурой при формировании импульсов с наносекундными (и короче) фронтами время срабатывания будет определяться временем распространения электромагнитной волны по отрезкам линии передачи и по длине, управляющих электродов ЭОК, представляющих для подобных импульсов напряжения также отрезок линии передачи, Соизмеримость времени распространения электромагнитной волны в данном случае с временем переключения ЭОЗ приводит к затягиванию переднего фронта светового импульса и увеличивает время переключения ЭОЗ. Таким образом, включение ЭОК при помощи отрезков линии передачи накладывает принципиальныеограничения на время срабатывания ЭОЗ, что является существенным недостатком данного устройства, Целью изобретения является уменьшение времени срабатывания ЭОЗ и упрощение его конструкции, Указанная цель достигается тем, что в

ЭОЗ, содержащем последовательно расположенные на одной оптической оси первый поляризатор, первый ЭОК, второй поляризатор, второй ЭОК и третий поляризатор, при этом оптические оси первого и второго, а также второго и третьего поляризаторов взаимно скрещены, на боковой поверхности ЭОК нанесены по два кольцевых управляющих электрода, внешние из которых соединены с корпусом, а также ключ, двумя выводами соединенный с внутренними управляющими электродами ЭОК, индуктивность, подключенную параллельно внутреннему электроду первого ЭОК, и источник напряжения, одним из выводов подключенный к внутреннему электроду второго ЭОК, второй вывод источника напряжения соединен с корпусом, а ключ выполнен в виде по крайней мере двух быстродействующих коммутаторов, равномерно распределенных и подключенных по окружности внутренних электродов, В качестве ключа целесообразно испольэовать быстродействующий коммутатор с коммути5

55 рующими электродами в виде колец, охватывающих внутренние электроды обоих

ЭОК, При такой конструкции ЭОК из времени срабатывания исключается время распределения управляющего импульса напряжения по подводящим отрезкам линии передачи, а в случае использования R коммутаторов в электронном ключе время распространения управляющего импульса напряжения по электродам ЭОЗ уменьшится в и раз из-за возбуждения одновременно не двух (как в прототипе), à и зарядных волн в ЭСК, При использовании же ключа с коммутирующими электродами в виде колец срабатывания ОЭВ будет происходить как перезаряд сосредоточенных емкостей, что соответствует предельному быстродействию подобных ЭОЗ.

На фиг. " показан предлагаемый ЭОЗ; на фиг. 2 — варианты конструкции ЭОЗ.

ЭОЗ содержит источник 1 напряжения, ключ 2 три оптических поляризатора 3, два

ЭОК 4 с кольцевыми управляющими электродами 5 на боковой поверхности и индуктивность 6.

ЭОЗ работает следующим образом, В исходном состоянии ключ 2 разомкнут. Управляющие электроды 5 второго ЭОК 4 заряжаются от источника 1 напряжения до удвоенного полуволнового напряжения, а управляющие электроды 5 первого ЭОК 4 замкнуты через индуктивность 6 и корпус.

Следовательно; ЭОЗ оказывается закрытым как за счет первого ЭОК 4, так и за счет второго ЭО К 4. Два последовательно закрытых ЭОК 4 обеспечивают высокую степень контраста.

Управление ключом 2 осуществляется короткими импульсами с формой, близкой к прямоугольной, В качестве управляющих сигналов могут быть использованы электрические или световые импульсы в зависимости от конструкции ключа 2. С поступлением управляющего импульса ключ 2 оказывается замкнутым. Индуктивность 6 для наносекундных импульсов представляет собой бесконечное сопротивление, Таким образом, управляющие электроды 5 об лих ЭОК

4, представляющие собой конденсаг ры, оказываются соединенными параллельно ключом 2. Оба ЭОК 4 имеют одинаковую конструкцию и., соответственно, равную емкость. Поскольку второй ЭОК 4 заряжен до удвоенного полуволнового напряжения, а первый полностью разряжен, после замыкания ключа 2 происходит перераспределение заряда второго ЭОК 4. В результате потенциал на обоих ЭОК 4 становится равным полуволновому напряжению, а следо1770940

10

20

30

45

55 вательно, оба ЭОК 4 оказываются открытыми. Поскольку коммутация ЭОК4 осуществляется без использования отрезков линии передачи, а замыкание возникает во многих точках окружности управляющих электродов 5, происходит перезаряд сосредоточенных емкостей. Это обеспечивает максимально высокое быстродействие

303, Влияние источника 1 напряжения за время формирования светового импульса не сказывается из-за ограничения зарядного тока резистором и малого времени управляющего импульса, После окончания импульса управления управляющие электроды 5 обоих ЭОК 4 размыкаются. Поскольку интервал времени между поступлениями управляющих импульсов значительно больше (порядка минут и более), второй ЭОК 4 успевает зарядиться до удвоенного полуволнового напряжения, а первый — разрядиться через индуктивность, ЭОЗ оказывается в исходном закрытом состоянии. При поступлении очередного управляющего импульса процесс формирования светового импульса повторяется.

Как и в большинстве 303, управляющих мощным лазерным излучением, предлагаемая конструкция 303 обеспечивает требуемый короткий передний фронт светового импульса. Задний фронт светового импульса спадает произвольно или благодаря закрытию ЭОЗ. Величина заднего фронта, как правило, значительно больше переднего и не является определяющей характеристикой ЭОЗ.

ЭОЗ может быть реализован на следующих элементах, Оптические поляризаторы 3 служат для выделения светового потока определенной поляризации и могут быть выполнены, например, в виде призм Глана-Томпсона.

В качестве электрооптических кристаллов могут быть использованы кристаллы группы КДР, (КДР, ДКДР, АДР и др.). Управляющие электроды 5 выполняются из металлов с малым удельным сопротивлением (например, золото) и наносятся на кристаллы любым способом, обеспечивающим требуемую адгезию (наклеивание, напыление и до.). Конструкция индуктивности 6 должна обеспечивать достаточную электрическую прочность, Используется высоковольтный (до 29 кВ) источник 1 напряжения с последовательно включенным резистором, ограничивающим ток заряда.

В качестве ключа 2, служащего для управления процессом открывания-закрывания ЭОЗ, могут быть использованы газонаполненные разрядники, рассчитанные на соответствующие напряжения (20 кВ).

На фиг. 2 схематично показаны варианты конструкций 303 с отдельными газонаполненными разрядниками (фиг. 2,а) и коммутатором с коммутирующими электродами в виде колец (фиг. 2,6). Коммутаторы в них подключены к внутренним управляющим электродам 5 ЭОК 4 через дисковые контакты 7. Управляющий оптический сигнал направляется в зазор коммутирующих электродов с помощью систем 8 зеркал и инициирует электрический разряд, замыкающий коммутирующие электроды. Управление коммутаторами может быть электрическим, для чего в зазор между коммутирующими электродами помещается третий электрод — поджигающий, Формула изобретения

1. Электрооптический затвор,:одержащий последовательно расположенные на одной оптической оси первый поляризатор, первый электрооптический кристалл, второй поляризатор, второй электрооптический кристалл и третий поляризагор, при этом первый и второй, а также второй и третий поляризаторы взаимно скрещены, на боковые поверхности электрооптических кристаллов нанесены по два кольцевых управляющих электрода, причем внешние управляющие электроды первого и второго электрооптических кристаллов соединены с корпусом, внутренние — электрически соединены через ключ, параллельно внутреннему электроду первого электрооптического кристалла подключена индуктивность, первый вывод ист чника напряжения соединен с внутренним электродом второго электрооптического кристалла, отличающийся тем, что, " целью уменьшения времени срабатывания, второй вывод источника напряжения соединен с корпусом, а ключ выполнен в виде по крайней мере двух быстродействующих коммутаторов, равномерно распределенных и подключенных по окружности внутренних электродов, 2, Затвор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения.конс1рукции. ключ выполнен в виде коммутатора: коммутирующими электродами в виде колец, охватывающих внутренние электродь обоих электрооптических кристаллов.

1770940 ет

J б) а) ФиГ. 2

Составитель С.Афонин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Петрова

Редактор Г,Бельская

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

Заказ 3742 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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