Электрооптический дефлектор

Изобретение относится к области приборостроения. Дефлектор содержит две электрооптические пластины с нанесенными на их поверхности прозрачными низкоомными и высокоомными проводящими слоями и управляющими линейными электродами. На низкоомные и высокоомные проводящие слои нанесены зеркальные покрытия, например диэлектрические многослойные интерференционные зеркала для длины волны светового пучка, а оптические толщины электрооптических пластин выбраны кратными половине длины волны светового пучка. 3 ил.

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к средствам управления параметрами оптического излучения, и может быть использовано в устройствах вычислительной техники, связи и системах управления.

Известен электрооптический дефлектор (А.И.Конойко. Оптические методы и устройства обработки информации (ОМУОИ): учеб. пособие для студентов специальности Т.09.01.00. В 3-х ч. [Текст] / А.И.Конойко, М.П.Федоринчик. - Мн.: БГУИР, 2007. - 72 с.), включающий набор из N последовательно расположенных отклоняющих каскадов, каждый из которых состоит из электрооптического элемента переключения поляризации и двоякопреломляющего элемента, позволяющий осуществить дискретное изменение положения выходного пучка в 2N позиций.

Недостатками данного устройства являются сложность юстировки дефлектора, вызванная наличием большого числа составляющих его элементов, громоздкость конструкции, обусловленная тем, что толщина двоякопреломляющих элементов увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением числа составляющих его элементов, сложность электронных средств управления дефлектором, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрооптический дефлектор (А.С. №765774, МПК3 G02F 1/29, опубл. 23.09.1980, бюл. №35), содержащий две электрооптические пластины с прозрачными электродами, один из которых низкоомный, другой - высокоомный, причем пластины развернуты друг относительно друга на 90° по наводимому градиенту показателя преломления, обеспечивающий отклонение светового пучка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Недостатком данного устройства являются небольшие углы отклонения светового пучка, высокие управляющие напряжения вследствие низкой чувствительности и, соответственно, низкой разрешающей способности такого дефлектора, а также необходимость формирования на входе дефлектора светового пучка с малым диаметром и его точной пространственной юстировки на входной поверхности дефлектора.

В основу изобретения поставлена задача повышения чувствительности и разрешающей способности электрооптического дефлектора.

Данная задача решается за счет того, что в электрооптическом дефлекторе, содержащем две электрооптические пластины с нанесенными на их поверхности прозрачными низкоомными и высокоомными проводящими слоями и управляющими линейными электродами вдоль противоположных сторон поверхностей электрооптических пластин с высокоомными проводящими слоями, причем линейные электроды электрооптических пластин ортогональны друг другу, согласно изобретению на низкоомные и высокоомные проводящие слои дополнительно нанесены зеркальные покрытия для длины волны светового пучка, например диэлектрические многослойные интерференционные зеркала, а оптические толщины электрооптических пластин выбраны кратными половине длины волны светового пучка.

Устройство электрооптического дефлектора поясняется чертежами,

где на Фиг.1 изображен вид сбоку, где 1 - электрооптическая пластина, 2 - зеркальные покрытия, 3 - низкоомный проводящий слой, 4 - высокоомный проводящий слой, 5 - управляющие линейные электроды, 6 - световой пучок,

где на Фиг.2 изображен вид сверху, где 4 - высокоомный проводящий слой, 5 - управляющие линейные электроды,

где на Фиг.3 изображена зависимость длины волны λрез максимума спектра пропускания электрооптических пластин с нанесенными зеркальными покрытиями от координат х, у.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок 6 (Фиг.1) вводится в электрооптический дефлектор, образованный электрооптическими пластинами 1 и зеркальными покрытиями 2, спектры пропускания которых варьируются по поверхности в зависимости от потенциалов на управляющих линейных электродах 3 и 5. Зависимость длины волны λрез максимума спектра пропускания каждой электрооптической пластины с нанесенными зеркальными покрытиями определяется свойствами зеркальных покрытий 2, свойствами электрооптической пластины 1 (ее оптической толщиной в рассматриваемой точке поверхности), напряженностью электрического поля в электрооптической пластине, создаваемой распределением потенциалов прозрачного низкоомного проводящего слоя 3 и прозрачного высокоомного проводящего слоя 4 в данной точке поверхности.

Распределение потенциалов U(x), U(y) в электрооптических пластинах в первом приближении можно описать выражениями:

где U1…U5 - потенциалы управляющих линейных электродов; хмакс, yмакс - зазор между управляющими линейными электродами; х, у - координаты.

Тогда, например, для продольного электрооптического эффекта на основе кристаллов с симметрией 3m, 4mm координатные зависимости показателей преломления электрооптических пластин будут равны:

где n0 - показатель преломления для обыкновенной волны; r13 - электрооптический коэффициент, м/В.

С учетом электрооптического эффекта в электрооптических пластинах координатные зависимости относительных спектральных характеристик пропускания Т(1) (λ, х, U1, U2, U3), Т(2) (λ, х, U4, U5, U3) электрооптических пластин с нанесенными зеркальными покрытиями будут иметь вид (Ярив, А. Оптические волны в кристаллах: пер. с англ. / А.Ярив, П.Юх. - М: Мир, 1987. - 616 с.):

где R(1), R(2) - энергетические коэффициенты отражения от зеркальных покрытий; d(1), d(2) - толщины электрооптических пластин; λ - длина волны светового пучка.

Из формул (1)-(3) следует, что для каждой электрооптической пластины с нанесенными зеркальными покрытиями зависимости длины волны λрез максимума спектра пропускания от координат х или у и величин потенциалов U1…U5 будут иметь линейный характер (Фиг.2).

Таким образом, при изменении величин потенциалов U1…U5 изменяются длины волн λрез максимумов спектров пропускания электрооптических пластин с нанесенными зеркальными покрытиями. Поскольку изменение напряженности электрического поля для каждой электрооптической пластины происходит только по одной координате (ортогональной управляющим линейным электродам, например, вдоль оси х для верхней электрооптической пластины и для оси у для верхней электрооптической пластины - Фиг.1), то световой пучок, прошедший через каждую электрооптическую пластину с нанесенными зеркальными покрытиями, будет иметь форму прямой линии, параллельной управляющим линейным электродом. А световой пучок, проходящий через электрооптический дефлектор, будет иметь вид точки, координата (xвых, yвых) которой будет определяться совпадением спектров пропускания электрооптических пластин с нанесенными зеркальными покрытиями (Фиг.2), определяемых величинами потенциалов U1…U5.

В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа входной световой пучок освещает всю поверхность дефлектора между его управляющими линейными электродами. Поэтому в противоположность прототипу не требуется формирование на входной поверхности дефлектора светового пучка с малым диаметром и его пространственная юстировка.

Повышение разрешающей способности устройства достигается за счет увеличения чувствительности электрооптического дефлектора к управляющим потенциалам и уменьшения линейных размеров светового пучка в выходной поверхности, что определяется спектрами пропускания электрооптических пластин с нанесенными зеркальными покрытиями.

Пример. Рассмотрим конструкцию электрооптического дефлектора, электрооптические пластины которого выполнены из ниобата бария-стронция НБС:75 толщиной d(1)=d(2)=1 мм, обладающего электрооптическим коэффициентом r13=67·10-12 м/В и показателем преломления n0=2,3117. Коэффициенты отражения зеркальных покрытий R(1)=R(2)=0,9; длина волны светового пучка λ=0,4623 мкм; порядок интерференции N=2500; расстояния между управляющими линейными электродами xмакс=yмакс=0,005 м. Пусть для управляющих потенциалов U1…U5 выполняются соотношения: U3=0 В; U2=U5=-50 B; U1, U4=0…+50 B…

Тогда для электрооптического дефлектора координатная зависимость полного пропускания T*(х, у, U1, U4)=T(1)(х, U1)·Т(2)(у, U4) будет иметь вид:

Тогда ширина светового пучка Δx, Δу на выходе дефлектора по уровню 0,5 вдоль координат х, у равна Δх=940 мкм, Δу=940 мкм, а центр светового пучка находится на расстоянии хвыхмакс/2=0,0025 м, yвых=yмакс/2=0,0025 м от соответствующих управляющих линейных электродов (по центру дефлектора) при U1=U4=+50 B.

Разрешающая способность дефлектора при изменении потенциала в пределах U1=U4=0…+50 В составит NRmах/Δх≈5 по оси х и 5 разрешимых положений по оси у, всего разрешающая способность 25 положений светового пучка.

Для расчета параметров прототипа с идентичными конструкционными параметрами примем направление распространения светового пучка ортогональным оси х. Тогда изменение угла распространения в пределах электрооптической пластины в непосредственно перед выходной поверхностью будет равно (в предположении, что Sin (Θ')≈Θ'<<1) (Ярив, А. Оптические волны в кристаллах: пер. с англ. / А.Ярив, П.Юх. - М.: Мир, 1987. - 616 с.):

а на выходе пластины изменение угла распространения по сравнению с первоначальным, составит:

Для U1=0…+1000 В максимальный угол отклонения равен 8,28·10-5 рад (0,0047 град.), что соответствует разрешающей способности дефлектора при расстоянии h=12 м (!) до плоскости приемника светового пучка и диаметре светового пучка на входной плоскости дефлектора Δх=940 мкм:

Как следует из результатов расчетов, прототип даже на огромных расстояниях от дефлектора до приемника (12 м в примере) и значительно больших управляющих потенциалах (1000 В) обладает меньшей разрешающей способностью.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивают более высокое разрешение по сравнению с прототипом и, соответственно, при фиксированном разрешении большую чувствительность к изменению управляющих потенциалов.

Электрооптический дефлектор, содержащий две электрооптические пластины с нанесенными на их поверхности прозрачными низкоомными и высокоомными проводящими слоями и управляющими линейными электродами вдоль противоположных сторон поверхностей электрооптических пластин с высокоомными проводящими слоями, причем линейные электроды электрооптических пластин ортогональны друг другу, отличающийся тем, что на низкоомные и высокоомные проводящие слои дополнительно нанесены зеркальные покрытия для длины волны светового пучка, например диэлектрические многослойные интерференционные зеркала, а оптические толщины электрооптических пластин выбраны кратными половине длины волны светового пучка.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области интегральной оптики. .

Изобретение относится к области оптоэлектроники. .
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к элементам поляризационной оптики, предназначенным для преобразования состояния поляризации излучения в оптических системах, и может быть использовано как в модуляционных, так и в статических поляризационных измерениях.

Изобретение относится к оптике, в частности к оптическим методам и устройствам для спектральной фильтрации оптического излучения, основанным на электрооптических кристаллах, и может быть использовано для создания электрически управляемых узкополосных фильтров с широким диапазоном перестройки по длине волны, селективных оптических аттенюаторов и модуляторов света, а также оптических эквалайзеров.

Изобретение относится к оптике. .

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для создания оптических фильтров. .

Изобретение относится к области оптической обработки информации. .

Изобретение относится к оптической обработке информации и может найти широкое применение для создания преобразователей изображения, работающих в реальном масштабе времени, и оптических процессоров, осуществляющих логические операции.

Изобретение относится к области физики вещества и физической оптики и может быть использовано при исследовании вращательного увлечения средой - повороту плоскости поляризации когерентного излучения одночастотного лазера непрерывного действия в среде, находящейся в поперечном направлению распространения лазерного излучения вращающемся электрическом поле

Изобретение относится к сверхвысокочастотной оптоэлектронике

Изобретение относится к области квантовой электроники

Изобретение относится к области магнитофотоники. Способ усиления магнитооптического эффекта Керра путем формирования магнитного фотонного кристалла с периодически структурированной поверхностью магнетика, при котором морфология поверхности магнитного фотонного кристалла определяется уровнем среза плотнейшей гранецентрированной кубической упаковки микросфер в плоскости <111> в пределах слоя коллоидного кристалла. Технический результат заключается в усилении меридионального магнитооптического эффекта. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх