Электрооптический модулятор оптическогоизлучениявоеооюзная

Электрооптический модулятор оптическогоизлучениявоеооюзная

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 04.Ч.1970 (№ 1436026/26-25) с присоединением заявки ¹ 1436945/26-25

Приоритет

Опубликовано 15.Ч.1972. Бюллетень ¹ 16

Дата опубликования описания 12,VI.1972

М. Кл, Н Ols 3/10

Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.375.8 (088.8) Авторы изобретения

В. С. Ильин и А. И. Смирнов

Научно-исследовательский институт механики и физики при

Саратовском государственном университете им. Н. Г. Чернышевского

Заявитель

ВПИПИ-ПЯ1%ЗМ

ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР ОПТИЧЕСКОГО 5КБДЯСх7ЕИА

ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение может быть использовано в оптических ли виях связи, в системах для определения дальности и местоположения подвижных и не подвижных объектов, в фотоэлектрических следящих, запоминающих и сканирующих устройствах, Для модуляции лазерного излучения обычно применяют поляризационные амплитудные электрооптические модуляторы на основе блочных электроо птических кристаллов. Основными недостатками модуляторов являются значительная величина управляющих напряжений, необходимость .применения анализаторов, четвертьволновых пластинок или больших постоянных напряжений смещения для выхода на линейный участок модуляционной характеристики.

Дифракционные модуляторы по сравнению с поляризационными ам плитудными имеют преимущества: снижают величину управляющих напряжений; работают без а нализагора, так как принцип их действия основан на дифракции света на управляемой фазовой решетке. Кроме того, отпадает необходимость применять четвертьволновые пластинки или подводить большие постоянные напряжения смещения,на кристаллы для выхода на линейный участок модуляционной характеристики.

В известных дифракционных электроо птических модуляторах дифракционна я решетка создается в электроо птическом .кристалле внешней электромагнитной волной. При рас,пространении электромапнитной волны периодически меняется показатель преломления

5 кристалла в пространстве и во времени. Если изменение, показателя, преломления Ли достаточно велико и период созданной облучением структуры сравним с длиной волны падающего света, то среда работает как фазовая уп10 равляющая дифракционная решетка.

Период фазовой дифракционной решетки в электрооптическом кристалле о пределяется длиной волны электромагнитного излучения и диэлектрической проницаемостью кристалла.

15 Для больши яства электрооптических кристаллов диэлектрическая проницаемость в СВЧдиа пазоне (20, и поэтому эффективной дифракции в сантиметровом диапазоне на широко распростране нных электрооптических

20 материалах невозможно, получить, так как,период возникающей дифракционной решетки значительно больше длины волны оптического излучения. Чтобы обеспечить эффективную дифракцию, нужно работать на частотах:поряд25 ка нескольких десятков гигагерц или ис пользовать кристаллы с высокой диэлектрической проницаемостью (например, кристаллы КТМ, у которых е„„= 10 ).

Однако большие мощности в миллиметро30 вом и субмиллиметровом диапазонах, необ338965 ходимые для существенного изменения показателя преломления, получить не удается.

Применение же материалов с большой величиной в„„ неудобно, так как приходится работать вблизи точки Кюри, что требует жесткого термостатирования. Все это затрудняет применение дифракционных модуляторов.

Целью изобретения является снижение управляющего напряжения оптического модулятора и расширение его входной апертуры.

Цель достигается применением многослойной,структуры, в которой пластины из электрооптического кристалла расположены таким образом, что од на из осей х, у кристалла сов падала с направлением распространения оптического излучения. Напряжение подводится,к каждому слою, что позволяет снизить управляющее напряжение в 2N раз, где N— число слоев структуры, и создать дифракционный электрооптический модулятор с широкой входной а пертурой. Расположение между слоями металлических электродов с пособствует и нтенсивному теплоотводу.

На чертеже представлена схема электрооптического дифракцион ного модулятора лазерного излучения.

Модулятор представляет собой слоистую структуру, набранную из одинаковых электрооптических, пластин 1, между которыми находятся электроды 2 в виде тонких металличе-ских полосок или металлического напыления.

К электродам подводится управля|о шее напряжение,от источника 8. Поток 4 лазерного излучения, падая на входной торец, раопространяется вдоль пластин.

Если слои развернуть на 180, а напряжение подвести ко всему блоку, можно счизить управляющее напряжение в два раза и создать дифр а кционный электрооптический модулятор с широкой входной апертурой.

Электрооптические,пластины ориентируются и вырезаются из кристаллов, обладающих линейным электрооптическим эффектом (показатель преломления линейно изменяется под действием электрического поля).

Кристаллографические оси пластин должны быть ориентированы относительно направления электрического управляющего поля и направления, поляризации электрического поля лазерного излучения так, чтобы максимально изменялась фаза о птической волны. Например, если пластины выполнены на основе одноосных кристаллов группы дигидрофосфатов (АДП, КДП и др.), то они долхкны быть ориентированы так, чтобы электрическое, поле было направлено вдоль главной оптической оси z, а электрический вектор лазерного излучения был бы на правлен по оси х или у. Оптическое излучение,при этом распространяется вдоль оси у или х соответственно.

Для получения эффективной дифракции, т. е. четкого разделения соседних максимумов, необходимо, чтобы толщина пластин вместе с металлическими напылениями, т. е. период структуры, была сравнима с длиной

2О

Зо

65 волны оптического излучения и была бы порядка 10 — 100 Х (где Х вЂ” длина волны оптического излучения).

Описанный дифракционный модулятор о птического излучения работает следующим обр азом.

Когерентное лазерное излучение с определе нной линейной поляризацией падает на входную грань слоистого блока и разбивается на несколько пучков, которые независимо распространяются в электрооптических пластинах. При подведении электрического управляющего поля к пластинам по схеме, указанной на чертеже, показатель преломления электроо|птического кристалла изменяется, причем в соседних пластинах приращения показателя преломления Кп имеют разлапый знак, так как они ориентированы одинаково, а электрическое .поле в них имеет противо положное направление. Волны, распространяющиеся в соседних пластинах, полу чают дополнительный фазовый сдвиг за счет линейного электроо)птического эффекта с разным знаком. Таким образом, на выходной грани блока пластин фазовый фронт оптической волны будет ступенчато-,периодическим. Модулятор работает как управляемая фазовая оптическая решетка.

При дальнейшем распространении фазовый фронт естественно «выпрямляется», т. е. происходит интерференция, и в далы|ей зоне модулятора формируется дифракционная управляемая картина распределения интенсивности.

Изменение на пряжения на пластинах приводит к изменению фаз лучей, выходящих из пластин и,,следовательно, к перерас пределению интенсивности в дифракционной картине.

Был исследован макет электроо птич ского дифракционного модулятора лазерного излучения на основе кубического кристалла арсенида галлия.

Электрооптический кристалл арсенида галлия с удельным, сопротивлением р= 10 ол.см был выращен в виде слитка в направлении (111) по методу Чохральского. Из него вырезали тонкие прямоугольные пластинки, которые затем шлифовали и полировали до размеров 0,042 см в на правлении (112), 0,7 см в направлении (110) и 4 см в ца правле|нии (111).

На широкие грани, пластины в вакууме были на пылены металличеокие электроды, затем 7 пластин были со браны в пакет. Все пластичны были ориентированы одинаково, и к ним через электроды подводили напряжение по схеме, изо брахкенной на чертеже.

Входной и выходной торец также полировали. Такой модулятор был применен для модуляции лазерного излучения с длиной волны 1=3,39 мк. При подведении к такому модулятору напряжения 100 в была;получена глу бина модуляции 32%.

Предмет изобретения

Электрооптический модулятор оптического излучения, содержащий .набор пластин из

338965

Составитель Н. Старосельская

Техред Т. Курилко Корректор Т. Гревцова

Заказ 1759/15

1ЛНИИПИ К

Изд. № 676 Тираж 448 ираж Подписное

1Л ПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 электрооптического кристалла, разделенных металлическими электродами, помещенный в электрическое поле,,направленное вдоль о птической оси электроо птических кристаллов, отлича ощийся тем, что, с целью создания управляемой дифракционной решетки, пластины из электрооптического кристалла расположены таким образом, чтобы одна из осей х, у кристалла совпадала с на правлением распро5 странения оптического излучения.