Способ отклонения светового пучка



Способ отклонения светового пучка
Способ отклонения светового пучка
Способ отклонения светового пучка
Способ отклонения светового пучка

 


Владельцы патента RU 2512597:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к устройствам управления параметрами оптического излучения, и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления. Способ отклонения светового пучка заключается в том, что световой пучок пропускают через пластину из электрооптического материала с нанесенными на ее поверхность управляющими электродами, подключенными к различным потенциалам, формирующим отклоняющую ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию, устанавливают вторую пластину из электрооптического материала, контактирующую с управляющими электродами, и световой пучок пропускают через обе пластины. Направление распространения светового пучка выбирают наклонным к поверхности пластин. Технический результат - увеличение углов отклонения. 3 ил.

 

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

Известен способ отклонения светового пучка (Патент США №4639091, МПК G02F 1/137, опубл. 27.01.1987), заключающийся в том, что световой пучок пропускают через электрооптический материал в виде плоского слоя жидкокристаллического материала с нанесенными на одну или обе его поверхности управляющими электродами, подключенными к различным потенциалам с целью формирования отклоняющей ступенчатой квазитреугольной фазовой функции.

Недостатком данного способа отклонения являются малые углы отклонения, равные по порядку величины arcsin(λ/(Nd)), где λ - длина волны светового пучка, м; N - число градаций фазовой функции, равное количеству электродов, образующих период отклоняющей ступенчатой квазитреугольной фазовой функцией; d - период электродов, м. Например, для d=10 мкм, N=3, λ=0,633 мкм угол отклонения равен всего 1,21°, что ограничивает применение данного способа отклонения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ отклонения светового пучка (Патент США №5093747, МПК H01Q 19/06, опубл. 03.03.1992), заключающийся в том, что световой пучок пропускают через пластину из электрооптического материала с нанесенными на ее поверхность управляющими электродами, подключенными к различным потенциалам, формирующим отклоняющую ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию.

Недостатком данного способа отклонения, как и в предыдущем случае, являются малые углы отклонения в десятые доли - единицы градуса, что ограничивает применение данного способа отклонения.

Целью изобретения является увеличение углов отклонения светового пучка.

Данная цель достигается за счет того, что в способе отклонения светового пучка, заключающемся в том, что световой пучок пропускают через пластину из электрооптического материала с нанесенными на ее поверхность управляющими электродами, подключенными к различным потенциалам, формирующим отклоняющую ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию, согласно предложенному техническому решению, дополнительно устанавливают вторую пластину из электрооптического материала, контактирующую с управляющими электродами, а световой пучок пропускают через обе пластины, причем направление распространения светового пучка выбирают наклонным к поверхности пластин.

Способ отклонения светового пучка поясняется чертежами,

где на Фиг.1 изображен вид сбоку устройства для осуществления заявляемого способа, где 1 - световой пучок, 2 - пластина из электрооптического материала с нанесенными на ее поверхность управляющими электродами, 3 - управляющие электроды, 4 - вторая пластина из электрооптического материала, 5 - отклоненный световой пучок.

на Фиг.2 изображены фазовые функции, формируемые при наклонном падении светового пучка, поляризованного в yz-плоскости, на пластину из электрооптического материала - z-среза кристалла ниобата бария стронция Ba0,25Si0,75Nb2O6, причем углы падения равны: 1 - 4π/16,

2 - 5π/16, 3 - 6π/16, 4 - 7π/16, межэлектродный зазор а=5 мкм, ширина электрода b=5 мкм, толщина электродов h=0,1 мкм, а управляющие электроды параллельны х-оси кристалла,

на Фиг.3 изображены фазовые функции, формируемые согласно предложенному техническому решению при наклонном падении светового пучка, поляризованного в yz-плоскости, на обе пластины из электрооптического материала - z-среза кристалла ниобата бария стронция Ba0,25Sr0,75Nb2O6, причем углы падения равны: 1 - 4π/16,

2 - 5π/16, 3 - 6π/16, 4 - 7π/16, межэлектродный зазор а=5 мкм, ширина электрода b=5 мкм, толщина электродов h=0,1 мкм, а управляющие электроды параллельны х-оси кристалла.

Способ осуществляют следующим образом.

Световой пучок 1 пропускают через пластину из электрооптического материала 2 с нанесенными на ее поверхность управляющими электродами 3 и вторую пластину из электрооптического материала 4, контактирующую с управляющими электродами 3. При этом направление распространения светового пучка 1 выбирают наклонным к поверхности пластин 2, 4. Управляющие электроды 3 подключаются к различным потенциалам, например, вида …, U, 0, 0, U, …, формирующим отклоняющую ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию с несколькими градациями фазы, вызывающую отклонение светового пучка 1.

Пример. Рассмотрим отклоняющий элемент на основе z-среза электрооптического кристалла Ba0,25Sr0,75Nb2O6. На поверхность пластины из электрооптического материала параллельно оси х кристалла нанесены управляющие электроды в виде одномерной прямоугольной решетки. Ширина электрода составляет b=5 мкм, толщина электродов h=0,1 мкм, межэлектродный зазор а=5 мкм. На управляющие электроды поданы потенциалы вида …, U, 0, 0, U, …, формирующие ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию с тремя градациями фазы N=3. Разность потенциалов между соседними электродами формирует в межэлектродном зазоре неоднородное электрическое поле с z- и у-составляющими Ez и Еу, изменяющими показатель преломления электрооптического материала. Уравнение эллипсоида показателей преломления для рассматриваемого случая имеет вид:

( 1 n 0 2 + r 13 E z ) x 2 + ( 1 n 0 2 + r 13 E z ) y 2 + ( 1 n e 2 + r 33 E z ) z 2 + 2 y z r 51 E y = 1,                 ( 1 )

где n0, ne - обыкновенный и необыкновенный показатели преломления соответственно; r13, r33, r51 - электрооптические коэффициенты, для λ=0,633 мкм равные соответственно 67·10-12, 1340·10-12, 42·10-12 м/В для частот порядка единиц - десятков кГц (Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 616 с.). Запишем уравнение индикатрисы в плоскости yz, полагая, что угол падения β=0° соответствует нормальному падению у-поляризованного излучения на плоскость yz:

{ ( 1 n 0 2 + r 13 E z ) y 2 + ( 1 n e 2 + r 33 E z ) z 2 + 2 y z r 51 E y = 1,                    ( 2 ) z = y t g ( β )

где β - угол падения светового пучка на поверхность электрооптического материала, на которую нанесены управляющие электроды.

Выразим из (2) показатель преломления оптического излучения, поляризованного в yz-плоскости:

n y z = n 0 n e c o s ( β ) t g 2 ( β ) n 0 2 + n 0 2 n e 2 r 1 3 E z + n e 2 + t g 2 ( β ) n 0 2 n e 2 r 3 3 E z + 2 t g ( β ) n 0 2 n e 2 r 5 1 E y , ( 3 )

Согласно (3) при β=0° и Еу, Ez=0 показатель преломления nyr=n0, а при β→90° nyr→ne, что подтверждает верность вывода формулы (3).

На Фиг.2 показаны фазовые функции, рассчитанные на основе формулы (3) и неоднородного распределения электрического поля Еу, Ez. На поверхность пластины параллельно х-оси кристалла нанесены управляющие электроды в виде одномерной прямоугольной решетки. Ширина электрода составляет b=5 мкм, толщина электродов h=0,1 мкм, межэлектродный зазор а=5 мкм. Управляющие электроды подключены к потенциалам вида …, U, 0, 0, U, …, формирующим ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию с тремя градациями фазы N=3. Кривая 1 на Фиг.2 соответствует углу падения светового пучка β=4π/16, кривая 2 - β=5π/16, кривая 3 - β=6π/16, кривая 4 - 7π/16. Фазовые функции характерны для случая только одной пластины из электрооптического материала. Из данных Фиг.2 следует, что использование наклонного падения приводит к нарушению вида отклоняющей ступенчатой квазитреугольнойй фазовой функции и, следовательно, нарушению отклонения светового пучка.

На Фиг.3 показаны фазовые функции, формируемые согласно предложенному техническому решению для случая z-среза кристалла Ba0,25Sr0,75Nb2O6 и светового пучка, поляризованного в yz-плоскости. На поверхность пластины параллельно х-оси кристалла нанесены управляющие электроды в виде одномерной прямоугольной решетки. Ширина электрода составляет b=5 мкм, толщина электродов h=0,1 мкм, межэлектродный зазор а=5 мкм. Управляющие электроды подключены к потенциалам вида …, U, 0, 0, U, …, формирующим отклоняющую ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию с тремя градациями фазы N=3. Кривая 1 на Фиг.3 соответствует углу падения светового пучка β=4π/16, кривая 2 - β=5π/16, кривая 3 - 6π/16, кривая 4 - 7π/16. Из данных Фиг.3 следует, что при использовании наклонного падения светового пучка и второй пластины из электрооптического материала сохраняется ступенчатый квазитреугольный вид отклоняющей фазовой функции. Следовательно, реализуется отклонение светового пучка. При этом за счет наклонного падения увеличивается угол отклонения α=arcsin(-λ/(N*d)+sin(β)) (-1 дифракционный максимум), где β - угол падения светового пучка, град.; λ - длина волны светового пучка, м; N - число электродов, образующих элемент апертуры со ступенчатой квазитреугольной фазовой функцией; d - период электродов, м. Для z-среза кристалла Ba0,25Sr0,75Nb2O6 и светового пучка, поляризованного в yz-плоскости, при углах падения β=6π/16…7π/16 (67,5…78,8°), λ=0,633 мкм, а=b=5 мкм, d=10 мкм, N=3 углы отклонения увеличиваются в 1,7…6 раз по сравнению с нормальным падением светового пучка и при одинаковых потенциалах управляющих электродов.

Способ отклонения светового пучка, заключающийся в том, что световой пучок пропускают через пластину из электрооптического материала с нанесенными на ее поверхность управляющими электродами, подключенными к различным потенциалам, формирующим отклоняющую ступенчатую квазитреугольную фазовую функцию, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают вторую пластину из электрооптического материала, контактирующую с управляющими электродами, а световой пучок пропускают через обе пластины, причем направление распространения светового пучка выбирают наклонным к поверхности пластин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим устройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации.

Изобретение относится к оптическим устройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации.

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информации для коммутации каналов передачи информации.

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации.

Изобретение относится к оптике, а точнее к проектированию лазерных оптических систем, и может быть использовано при разработке высококачественных оптических систем для перемещения перетяжки (пятна) лазерного пучка, в том числе перетяжки постоянного размера.

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности акустооптическим и акустоэлектронным устройствам, в том числе микромеханическим и микрооптическим устройствам.

Изобретение относится к устройствам управления параметрами лазерного излучения. .

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и, в частности, к осветительным системам жидкокристаллических дисплеев. .

Изобретение относится к устройствам отображения со многими ракурсами просмотра, таким как автостереоскопические устройства отображения. Устройство содержит регулятор (1) для регулировки направления светового пучка (5), имеющий набор (10) слоев. Набор (10) содержит первый слой (100) из твердого материала, имеющий первую оптическую ось (111), второй слой (200) из твердого материала, имеющий вторую оптическую ось (211), и переключаемый двулучепреломляющий жидкокристаллический материал. Кроме того, набор включает в себя первую границу раздела (130) между первым слоем (100) из твердого материала и двулучепреломляющим материалом (30) и вторую границу раздела (230) между вторым слоем (200) из твердого материала и двулучепреломляющим материалом (30). В состоянии «выключено» двулучепреломляющий материал (30) на первой границе раздела (130) имеет оптическую ось, параллельную первой оптической оси (111), а двулучепреломляющий материал (30) на второй границе раздела (230) имеет оптическую ось, параллельную второй оптической оси (211). В состоянии «включено» двулучепреломляющий материал (30) на первой границе раздела (130) имеет оптическую ось, перпендикулярную первой оптической оси (111), и двулучепреломляющий материал (30) на второй границе раздела (230) имеет оптическую ось, перпендикулярную второй оптической оси (211). 6 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к печатной плате и к устройству, содержащему такую печатную плату. Технический результат - обеспечение повышения эффективности производства устройства, содержащего светодиодную цепь для обеспечения окружающего света для дисплея, улучшение конструктивных характеристик. Достигается тем, что печатная плата (1) удлиненного размера содержит светодиодную схему (2, 3). Части печатной платы (1) являются гибкими, по меньшей мере, в одном направлении. Предпочтительно печатная плата (1) может сгибаться по направлению длины и ширины и не требует отверстий для шурупов. Светодиодная схема (2, 3) может содержать светодиодные цепи (2) со светодиодами и другую схему (3), такую как возбудитель для возбуждения светодиодных цепей (2) индивидуально для обеспечения окружающего света для дисплея (5). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к устройствам для электрического управления пучком света. Устройство (300) для управления пучком содержит первый отклоняющий элемент (310), поворотный элемент (320) и второй отклоняющий элемент (330). Для входящего пучка света, имеющего компоненты (303, 302) с поляризацией, соответственно, параллельной (303') и перпендикулярной (302') оптической оси (314, 334) устройства для управления пучком, параллельная компонента (303) при прохождении через первый отклоняющий элемент отклоняется на первый угол (304). При прохождении через поворотный элемент поляризация (303', 302') пучка света поворачивается на 90 градусов (303", 302"). При прохождении через второй отклоняющий элемент перпендикулярная компонента (302) отклоняется на второй угол (305). Технический результат - повышение надежности, уменьшение габаритов устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх