Модулятор света

 

О П И С А Н И Е 366809

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик °

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 11.V1.1970 (¹ 1447765/26-25) с присоединением заявки ¹ Приор итет

Опубликовано 17.IX.1973. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 8.1.1974

М, Кл. Н Ols 3/10

G 02f 1/26

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэоеретений и открытий

УДК 621.375.8.535.

56 (088.8) Авторы изобретения

В. П. Бузылев, О. Г. Влох, В. К. Зайцев, M. И. Лобский, В. М. Овчинников, Ю. А. Пирогов и Ю. В. Шляндин

Заявитель

МОДУЛЯТОР СВЕТА

Изобретение относится к области .квантовой электроники и может быть использовано, как для модуляции добротности резонатора оптического квантового генератора (ОКГ), та|к и для модуляции узконаправленных монохроматичеоких световых пучков.

Известны модулирующие устройства, в частности электрооптические затворы для ОКГ, основанные на эффекте Поккельса, состоящие из поляризатора|, анализатора и установленного между ними электрооптического элемента, оптическая ось которого совпадает с направлением распространения светового пучка. В том случае, если в качестве электрооптического элемента используются оптически активные кристаллы, например кварц, то для компенсации естественного д вулучепреломления в направлении осей Х и У электрооптический элемент выполняется в виде двух идентичных кристаллов, расположенных так, что световой пучок параллелен одной из кристаллофизических осей кристалла

Х и У, а электрическое поле, перпендикулярно ей.

Однако такие устройства имеют, прежде всего, высокое управляющее напряжение, достигающее на длине волны рубинового ОКГ величины 15 кв для кристалла КДП и 30 кв для кварца; для длины волны неодимового

ОКà — 20 кв для КДП и 40 кв для кварца.

Кроме того, электрооптические светозатворы, работающие в световых пучках, распространяющихся вдоль одной из кристаллофизических осей, например вдоль оси Z, имеют апертуру большую, чем апертура резонатора

ОКГ и, следовательно, не обладают селектирующими свойствами. В случаете кварцевых затворов электрооптический элемент состоит из двух кристаллов, что приводит к увеличе1р нию вредных потерь на отражение внутри резонатора и существенно усложняет ориентирование и юстировку элементов затвора.

Цель изобретения — разработка более эффективного устройства, имеющего более низ15 кое управляющее напряжение. Она достигается тем, что модулирующий элемент распола|гают таким образом, что направление управляемого светового потока составляет с направлением одной из кристаллофизических

2Р осей модулирующего кристалла некоторый угол, соответствующий, например, экстремумам интерференционной коноскопической картины.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

25 На фиг. 1 представлена оптическая схема описываемого устройства; на фиг. 2 — экспериментальная зависимость пропускания устройства от напряжения для кварца при различных углах Ч. для 1=6328 А; на фиг. 3— то же для кристалла класса 4 m, 366809

2/. п11

2 2 п11 — и1 у).!2

Устройство состоит из поляризатора 1, модулирующего элемента 2 и анализатора 8.

Для кристаллов класса 4 т, например КДП, модулируюший элемент вырезан (см. фиг. 1) или наклонен таким образом, что ось Z модулирующего,кристалла составляет с оптической осью АА устройства угол rp, определяемый соотношением где U — приложенное напряжение, U 2 —,полуволновое напряжение, т. е. Напряжение, создающее в кристалле разность хода в Х/2, Х вЂ” длина волны излучения, К вЂ” порядок интерференции, dz — длина кристалла вдоль оптической оси, и> и n» — главные показатели преломления.

На боковую поверхность кристалла по периметру рабочего торца нанесены поясковые электро.7ы 4.

При использовании оптически активного кристалла, на пример кварца, величина угла ср выбирается из соотношения

2 1г nIn» и, +;"с0$ 4О =K-.

), COS пфп +п11сОВ > где с4 — длина кристалла вдоль оптической оси, Х вЂ” длина волны излучения, п1 и пп — главные показатели преломления, р — удельное вращение, т. е, поворот .плоскости поляризации па единицу длины оптически активного кристалла, К вЂ” порядок интерференции.

В этом случае электроды 5 имеют вид продольных,полос (изображены па фиг. 1 пунктиром).

Описываемый модулятор света работает следующим образом.

Благодаря тому, что угол у между опти:еской осью модулирующего кристалла и осью устройства, совпадающей с направлением распространения монохром атическото светового пучка, соответствуег экстремуму коизскопической картины, при установке модулирующего элсмента 2 мс кду скрещенными поляризатором 1 и анализатором 8 пропускание устройства в отсутствие управляющего напряжения равно или близко (c учетом неоднородностей в реальных кристаллах) Нулю (см. фиг. 2).,При подаче на электроды полуволнового управляющего напряжения разность фаз для обы кповенпой и необыкновенной волн изменяется ца 112, что соответствует сдвигу интерференционной коноскопической ка ртипы на половину порядка интерференции, т. е. максима",üíîìó пропускацию устройства.

При использовании в качестве модулирующего элемента 2 кристалла класса 4 т заг5

55 вор может быть закрыт при напряжении, отличном от нуля. Величина и полярность этого на пряжения определяются величиной и знаком угла ср (см. фиг. 3, кривые а, б).

Для достижения ма ксимального пропускапия к электродам 4 в этом случае нужно прикладывать напряжение противоположного знака, Такой режим работы позволяет управлять устройством с помощью импульсов переменной полярности и, следовательно, снизить амплитуду управляющего напряжения.

3а счет этого снижаются требования к прочности изоляции питающих устройств, упрощается их конструкция и уменьшаиотся габариты. При использовании более высоких порядков интерференционной коноскопической картины условия (1) и (2) вы полняются в более экой угловой апертуре, что позволяет использовать предлагаемое устройство для угловой селекции мод.

Устройство согласно изобретению позволяет работать в большом диапазоне углов на,клона оптической оси и модулирующего кристалла по отношению к на правлению распространения светового .пото ка1 3а счет выбора соответствующего угла q> возможно получение различных начальных состояний устройства, т. е. его работа на подачу или на сброс напряжения. При использовании нескольких устройств, расположенных последовательно, возможно перекрытие большой угловой аперт ры, наложением минимумов интерференции коноскопической картины одного устройства

IIBI максимум другого. В этом случае возможно существить сканирование излучения ОКГ путем у правления добротностью резонатора.

Создание управляющего сигнала в описываемом устройстве может быть осуществлено не только электрическим, .но и другим, например механическим путем. В этом случае электроды должны быть заменены соответствующими элементами для создания механических напряжений.

Таким обра зом, предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами по сравнению с известными:

1. Обеспечивает возможность снижения амплитуды управляющего напряжения.

2. Позволяет работать в широком диапазоне углов наклона оптической оси модулирующего кристалла по отношению к направлению распространения светового потока, а не только вдоль оптической оси.

3. Обладает селектирующими свойствами при работе в,более высоких порядках интерфер енции.

Предмет изобретения

Модулятор света, содержащий поляризатор, анализатор и модулирующий элемент, выполненный, например, из электрооптического кристалла с электродами для пода чи модулирующего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения эф фективности моду36G809 лятора и его селектирующик свойств, оптическая ось модулирующего элемента наклонена к оси модулятора под углом, соответстсрпг. 1

100

5 10 15 20 25 50

Упрабляюи ее напряжение, кЕ

<Риг. 2

Е0 ф.

5 40

Q z0 вующим расположению одного из экстремумов интерференционной коноскопической картины.

366809

-5 0 +5 +70 цпра0ляющее напряженные, кд.

Риаз.З

-10

Составитель И. Старосельская

Редактор P. Киселева Техред Т. Курилко Корректор Н. Учакина

Типография, пр. Сапунова, и

Заказ 3502/6 Изд, № 30 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ъ;-35, Раушская наб., д. 4/5