Электрооптический дефлектор

 

\ Ф евт фЧВФ

И Е т1и 593 I74

Союз Советскик

Социалнс ииеских

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.06.76 (21) 2375248/18-25 с присоединением заявки Хо 2400185/25 (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.02.78. Бюллетень 4 6 (45) Дата опубликования описания 03.03.78 (51) М, Кл. G 02Г 1(31

Госуаарственный комитет

Соне а Министров СССР по делам изобретений и открмтий (53) УДК 52.082.53 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Г. Никулин, А. А. Дяченко, М. И. Елинсон и О. Е. Шушпанов (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР

Изобретение относится к оптоэлектронике и может найти применение для отклонения и модуляции лазерного луча, например в вычислительной технике.

Известны электрооптические дефлекторы, в которых дискретное отклонение светового луча достигается за счет дифракции света на периодических фазовых структурах, индуцируемых в электрооптическом кристалле управляющим электрическим полем. Распределение поля в кристалле повторяет форму пилообразных или прямоугольных электродов, вызывая изменение показателя преломления электрооптического кристалла в пространстве между электродами. При прохождении нескольких последовательно расположенных по ходу луча электродов, имеющих разный пространственный период, луч отклоняется на угол, определяемый комбинацией включенных в данный момент электродов, т. е. электрическим сигналом, поступающим на вход системы (11, Существенным недостатком подобных дефлекторов является принципиальная невозможность снизить запасаемую в них энергию электрического поля, диссипируемую в процессе работы на активном сопротивлении цепи и приводящую к нагреву системы. Например, в компьютере с числом дефлекторов порядка 10, занимающих объем порядка 1м, выделяется мощность около 30 кВт, теплоотвод которой технически сложно осуществить.

Спи>кение энергетических затрат в дифракционных электрооптических дефлскторах возмо>кно за счет уменьшения объема кристалла, занимаемого электрическим полем. Однако на этом пути стоят ограничения, обусловленные самой конструкцией устройства. Действительно, объем, занимаемый полем в известных де10 флекторах, в расчете на один вход равен V=

= d.,dÄdÄ I pe d,,d, — эффективные размеры электродов вдоль осей х, z, à d толщина кристалла. Апертура А пучка света в направлении х связана с поперечным размером элек15 трода d,. соотношением а,= fA, где фактор виньетирования f)1. Для работы дефлектора необходимо выполнение неравенства

А/N = d„(fN )) d )) >., 20 где N — разрешающая способность дефлектора, 1 †дли волны света. Таким образом, условие (1) ограничивает возможности уменьшения размеров устройства.

Ближайшим по технической сущности к

25 описываемому изобретению является электрооптическое устройство для управления световым пучком, представляющее собой слоистую структуру, которая состоит пз слоя электрооптического материала, прозрачного световодно30 ro c IDII II снабжена элсктродамп. Одна пз IIQ593174 верхностей электрооптического материала рифленая, а электроды выполнены в виде пленок, расположенных на двух сторонах слоя электрооптического материала. При приложении к этом . слою переменного напряжения происходит изменение коэффициента преломления электрооптического материала, что вызывает отклонение светового пучка и прохождение его через прозрачный слой, примыкающий к поверхности электрооптического 10 материала (2).

Недостатком указанного устройства также являегся большое потребление энергии, свя3aIIIIoe с тем, что поле создается во всем объсме электрооптического материала. 15

Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности электрического поля прп сохранении разрешающей способности.

Поставленная цель достигается за счет того, что электроды выполнены в форме по край- 20 пей мере двух пар отдельных элементов, размещенных на внешней поверхности слоистой структуры, из которых электроды, находящиеся на внешней поверхности световодного

65 слоя, заземлены, а противолежащие им электроды, расположенные на поверхности электрооптического материала, попарно эквипотенциальны, причем внутри этого материала между эквипотенциальными электродами расположены пассивные элементы отклонения светового луча в плоскости слоя электрооптического материала. Пассивные элементы отклонения светового луча могут быть выполнены в виде полостей, имеющих форму трехгранной призмы. Кроме того, для уменьшения отражения света на границе раздела слоев, между световодным слоем и слоем электрооптического материала, расположен согласующий слой.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Оно содержит световод 1, согласующий слой, например интерференционную пленку 2, систему управляющих электродов 3, 4, заземленные электроды 5, электрооптический материал 6, отклоняющую систему 7, например призму.

Устройство работает следующим образом.

Линейно поляризованная монохроматическая волна, электрический вектор Е которой лежит в плоскости падения, вводится в диэлектрическую пластину — световод 1 с показателем преломления и> и проходит в нанесенный на световод согласующий слой, выполненный, например, в виде интерференционной пленки 2, с показателем преломления n>(nI.

В отсутствие напряжения на управляющих электродах 3 и 4 относительно заземленных электродов 5 луч света испытывает полное внутреннее отражение на границе с электрооптическим кристаллом 6, показатель преломления которого равен п,(п,(п, и распространяется вдоль световода 1 (штриховые линии). При подаче на электроды 3, 4 электрического сигнала в виде прямоугольного им25

55 пульса за счет электрооптического эффекта показатель преломления кристалла под электродом для необыкновенного луча повысится на величину Лп;, вследствис чего в этом месте расстроится полное внутреннее отражение на границе кристалла. Здесь и ниже для определенности предполагается, что Лпз)0. В противном случае на электроды 3, 4 должно быть подано постоянное напряжение, которое выключается при поступлении сигнала, После нескольких последовательных отражений в интерференционной пленке 2 часть света попадает в кристалл 6 (при этом происходит отклонение луча в плоскости ху), испытывает полное внутреннее отражение на границе раздела с внешней средой. Далее отклонение в плоскости xz на угол О< происходит на призме 7, выполненной в кристалле, или на какомлибо другом пассивном отклоняющем устройстве и после прохождения участка под соседним электродом 4 возвращается в световод 1.

Остальные электроды луч проходит аналогичным образом, попадая в кристалл 6 и отклоняясь на угол О,:= (— 2) — OI с помощью призмы в плоскости xz всякий раз, когда на

t-ую пару управляющих электродов подается электрический сигнал. На выходе световода 1 луч падает на собирающую линзу, в фокальной плоскости которой установлены фотоприемники (на чертеже не показаны). В результате на выходе устройства луч отклоняется в плоскости xz на угол м — ()

I=1 однозначно соответствующий поступающему на вход М-разрядному (М вЂ” число пар электроJOB) jIB0H IH0M) сигнал j U=tRI, Kg ... KM, =О или 1. Таким образом, описанное устройство осуществляет дешифрацию сигнала U.

В описываемом устройстве можно существенно уменьшить запасенную энергию электрического поля, сохранив при этом прежнюю разрешающую способность дефлектора. Это достигается за счет использования электрооп. тического эффекта, требующего затраты энергии только для переключения света из одной среды в другую в плоскости ху, где он отклоняется в поперечном xz (по отношению к электрооптическому отклонению) направлении на пассивной отклоняющей структуре (призме) . Угол отклонения на пассивной структуре может быть сделан на порядок большим, чем в случае электрооптического отклонения, что позволяет при сохранении разрешающей способности на порядок уменьшить апертуру системы и, следовательно, объем, занятый электрическим полем.

Формула изобретения

1. Электрооптический дефлектор, выполненный в виде слоистой структуры, состоящей из слоя электрооптического материала и световодного слоя и снабженной электродами, от593174

Составитель Н. Решетников

Тсхрсд И. Михайлова Koppcêòîðû: Т. Добровольская и Л. Брахнина

Редактор H. Каменская

Подписное

Заказ 521/1 Изд, М 246 Тирани 633

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская иаб., д. 4,,5

Типография, пр. Сапунова, 2 л и ч а ю щи и ся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, электроды выполнены в форме по крайней мере двух пар отдельных элементов, размещенных на внешней поверхности слоистой структуры, из которых электроды, находящиеся на внешней поверхности световодпого слоя, заземлены, а противолежащие их электроды, расположенные на поверхности электрооптического материала, попарно эквипотенциальны, причем внутри электрооптического материала между эквипотенциальными электродами расположены пассивные элементы отклонения светового луча в плоскости слоя электрооптического материала.

2. Дефлектор по п. 1, отличающийся тем, что пассивные элементы отклонения светового луча выполнены в виде полостей, имеющих форму трехгранной призмы, 3. Дефлектор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения отражения света

IIB границе раздела слоев, между световодным слоем и слоем электрооптического материала расположен согласующий слой.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СШЛ № 349285, кл. 350 — 160, 1970.

2. Заявка Франции № 2257918, кл. G 02Г

15 1/29, 1975.