Модулятор света

Модулятор света

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

CoIo3 Советских

Социалистических

Республик

<1>873197 (61) Дополнительное к авт, саид-ву (51)М. Кл з

G 02 .F 1/21

» (22) Заявлено 280180 (21) 2876224/18-25 с присоединением заявки йо (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1 1081. Бюллетень N9 38

Ю) ÀÊ 535.8 (088.8) Дата опубликования описания 15.1081 »»

C.

» (72) Автор изобретения

М.A. Медведев (71) Заявитель (54) МОДУЛЯТОР СВЕТА

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к модуляторам световых потоков с использованием кольцевых оптических резонаторов, и может быть использовано в системах оптической связи, светодальномерах, научных исследованиях, а также в различных технологических процессах.

Известны модуляторы света, содержащие кольцевые оптические резонаторы с призмами полного внутреннего отI ражения, двулучепреломляющие элемен ты и приспособления для нарушения полного внутреннего отражения в приз- 1з ме, расположенные в различных комбинациях и количествах по ходу модулируемого света $1) .

Недостаток этих модуляторов света 20 заключается в невозможности получения большей амплитуды мощности модулированного светового потока по сравнению с модулируемым без применения в оптическом резонаторе активной сре.ды. Использование активной среды при.водит к усложнению конструкции и сужению спектральных характеристик, которые зависят от характеристик активной среды. 30

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является модулятор света, содержащий призма для ввода и вывода излучения, двулучепреломляющий элемент и кольцевой оптический резонатор в виде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере одна грань которой выполнена с воэможностью периодического нарушения полного внутреннего отражения $2).

Недостатком данного модулятора является низкая мощность модулированного светового потока, которая принципиально, в данном случае, не может быть больше величины мощности модулируемого светового потока. Цель изобретения — повышение мощности модулированного света.

Поставленная цель достигается тем, что в модуляторе света, содержащем призмы для ввода и вывода излучения, ;двулучепреломляющий: элемент и кольцевой оптический резонатор в виде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере одна грань которой вывыполнена с возможностью периодичес- кого .нарушения полного внутреннего отражения, двулучепреломляющий эле— мент, установлен в оптическом контак873197

8= arcs

1 о и пе

%niff пр Bing(15 те с призмой для ввода излучения и гранью призмы полного внутреннего отражения, причем его оптическая ось ориентирована в направлении распространения света под углом к поверхности призмы полного внутреннего от.— ражения

5 а показатель преломления призмы пол- 0 ного внутреннего отражения где 0 — угол между оптической осью двулучепреломляющего элемента и перпендикулярном к грани призмы полного внутреннего отражения;

20 угол между падающим и отраженным светом в призме полного внутреннего отражения, ппр — показатель преломления приз— .мы полного внутреннего от- 25 ражения;

nz — показатель преломления обыкновенного луча света в двулучепреломляющем элементе

У пр — показатель преломления не-. gg обыкновенного луча света в направлении падающего света в призме полного внутреннего отражения.

Для повышения надежности модулято- 35 ра света кольцевой оптический резонатор выполнен в виде призмы с равными углами.

Для получения импульсов модулированного света различной длительности кольцевой оптический резонатор вы- 4О полнен с возможностью изменения оптической длины, например, из двух призм полного отражения, одна из которых выполнена подвижной.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены прин-45 ципиальные схемы двух вариантов модулятора света;

На фиг. 1 изображены: трехгранная призма 1, двулучепреломляющий элемент

2, выполненный в виде плоскопарал- 5р лельной пластины, призма 3 с равными углами и гранями, образующими кольцевой оптический резонатор, элемент 4, нарушающий полное внутреннее отражение от одной из граней призмы 3.

Двул чепреломляющий элемент 2 выпол55 нен з отрицательного анизотропного кристалла, например исландского шпата или нитрата натрия и расположен между гранями призмы 1 и 3 в оптическом контакте с ними своими парал- 60 лельными плоскостями.

На фиг. 2 изображены: двулучепреломляющий элемент 5, выполненный в виде трехгранной призмы, передняя грань которой перпендикулярна моду- 65

4 лируемому световому потоку и оптической оси отрицательного анизотропного кристалла, из которого состоит двулучепреломпяющий элемент 5, приз— мы б и 7 полного внутреннего отражения, которые образуют кольцевой оптический резонатор, и отражающие поверхности которых просветлены, элемент 8, нарушающий полное внутреннее отражение от одной иэ граней призмы 6. Двулучепреломляющий элемент 5 установлен с гранью призмы б гипотенузной гранью в оптическбм контакте. Призма 7 выполнена с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном своей проходной грани.

Элементы 4 и 8 (фиг. 1 и 2), нарушающие полное внутреннее отражение в. призмах 3 и б могут быть выполнены из пьезоэлектриков которые под дейст-. вием управляющего сигнала изменяют свою толщину, а с ней и воздушный слой между плоскостями элементов 4 и 8 и гранями призм 3 и 6, что приводит к оптическому контакту между ними и модуляции света, или Фз электрооптического кристалла, находящегося в оптическом контакте с призмами 3 и б и, показатель преломления которого изменяется под действием управляющего сигнала.

Модулятор света работает следующим образом.

Плоскополяризованный световой поток проходит через трехгранную призму 1, преломляется на границе призма 1 — двулучепреломляющий,элемент 2 в направлении его оптической оси.

Пройдя по оптической .оси двулучепреломпяющий элемент 2, свет преломляется на грани призмы 3 и выходит под углом Ч/2 к перпендикуляру опущенному на грань призмы 3, причем

skn (/2= sin 9 . (1) ппа

B кольцевом оптическом резонаторе, которым является призма 3, поверхности полного внутреннего отражения расположены так, что световой поток образует световое кольцо с углом падения света на входную грань призмы 3 равным М /2. Для этого направления . показатели преломления для обыкновенного по и необыкновенного п лучей будут различными. В частностй, для отрицательного лучепреломпяющего элемента п будет меньше пп. При этом показатель преломления необыкновенного луча можно определить по формуле !

Sin V собой — I>)

s n е о где Э. — угол между оптической осью двулучепреломляющего элемента и направлением падения на него света в кольцевом оптическом резонаторе, т .е . призме 3.

873197

B= arcsin(— . зи ч/1) ппо

n0 /

1- К"

P = Р ° —

Так как показатель преломления призмы выбран согласно соотношения (1), то необыкновенные .лучи света не проходят через границу призма 3 двулучепреломляющий элемент 2, а циркулируются по кольцевому оптичес-. кому резонатору. При этом мощность световой энергии в резонаторе возрастает до тех пор, пока не нарушится полное внутреннее отражение с помощью элемента 4. Так как нарушение полного внутреннего отражения может быть обеспечено практически мгновенно, то величина длительности импульса Т на выходе модулятора равняется: где 8 - длина кольцевого оптического ре з он ат ора;

Ч - средняя скорость света в кольцевом оптическом резонаторе. для изменения длительности импульса модулированного света в модуляторе может быть предусмотрено изменение длины оптического пути в кольцевом оптическом резонаторе с помощью 25 перемещающейся призмы 7>как показано на фиг. 2.

Величину мощности светового потока, накопленную в кольцевом оптическом резонаторе можно определить по 30 формуле где Р, — мощность накопленная в коль-, цевом оптическом резонаторе;

P - мощность модулируемого светового потока;

К вЂ” светопропускание кольцевого 40 оптического резонатора за один проход по нему света;

- количество проходов переднего фронта модулируемого света по кольцевому оптическому 45 резонатору.

Максимально возможная мощность, накопленная в кольцевом резонаторе при т-ъаi будет равна Рщ = P с У 1-К

Таким образом, периодически нару-;О шая полное внутреннее отражение в призпризме 3 получим модулированный свет, амплитуда которого в 1/1-К раз больше величины мощности модулируемого света, а длительность с.

Модулятор позволяет получить мощность модулированного светового потока большую чем мощность модулируемого потока.

Формула изобретения

Модулятор света, содержащий призмы для ввода и вывода излучения, двулучепреломляющий элемент и кольцевой 65 оптический резонатор в виде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере, одна грань которой выnoëíåíà с возможностью периодического нарушения полного внутреннего отражения, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности модулированного светового потока, двулучепреломпяющий элемент установлен в оптическом контакте с призмой для ввода излучения и гранью призмы полного внутреннего отражения, причем его оптическая ось ориентирована в направлении распространения света под углом к поверхности призмы полного внутреннего отражения а показатель преломления призмы полного внутреннего отражения где 6 — угол между оптической осью двулучепреломляющего элемента и перпендикуляром к грани призмы полного внутреннего отражения; угол между падающим и отраженным светом в призме полного внутреннего отражения; и„ вЂ” показатель преломления призмы полного внутреннего отражения;

n — показатель преломления обыкновенного луча в двулучепреломпяющем элементе, нз — показатель преломления неI обыкновенного луча в направлении падающего света в " призме полного внутреннего отражения.

2..Модулятор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что кольцевой оптический резонатор выполнен в виде призмы с равными углами.

3. Модулятор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью получения импульсов различной длительности кольцевой оптический резонатор выполнен с возможностью изменения оптической длины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Катыс Г.П. и др. Модуляция и отклонение оптического излучения. М., "Наука", 1967, с. 79-83.

2. J. R. l zat t. "Inte гпа1 Reflect ion Barriers as Reflectors in a Hodi

f iec1 Fabri - Pегоt Interfегоmel r"

Opt. Soc. Am;, 1965, ч. 55, р. 202, 873197

1 8 фис. 1 фий.l

Составитель Н. Наэарова

Редактор Н. Воловик Техред М.Голинка Корректор Н. Степ

Закав 9044/74 Тираж 542 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130%, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Офилиал ИПП "Патент", г, ужгород, ул. Проектная, 4