Электрооптический модулятор с поперечным приложением электрического поля

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР С ПОПЕРЕЧНЫМ ПРИЛОЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Конойко Алексей Иванович Ставров Александр Афанасьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Электрооптический модулятор с поперечным приложением электрического поля, содержащий оптически связанные поляризатор, поляризационный расщепитель, выход которого оптически связан со входами первого и второго электрооптических кристаллов,выходы которых оптически связаны соответственно с первым и вторым отражателями,причем активная ось оптической анизотропии второго кристалла повернута на угол 45 12638 1 2009.12.30 относительно главной плоскости поляризатора и на угол 90 относительно активной оси оптической анизотропии первого кристалла, которая перпендикулярна главной плоскости поляризационного расщепителя, главная плоскость которого повернута относительно главной плоскости поляризатора на угол 45, а вектор напряженности управляющего электрического поля в первом кристалле ориентирован в прямом, во втором кристалле - в обратном направлении по отношению к соответствующим кристаллографическим осям, а разность оптических путей расщепленных световых пучков кратна /2, где- длина световой волны. Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано в качестве амплитудного модулятора излучения лазеров в научном и технологическом приборостроении, включая оптические устройства локации, связи и обработки информации, в медицинской и контрольно-измерительной аппаратуре. Известен электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля 1, состоящий из двух электрооптических кристаллов, между которыми помещена пластинка, вносящая оптическую разность хода /2. Причем одноименные кристаллографические оси обоих электрооптических кристаллов ориентированы в противоположных направлениях. Такой электрооптический модулятор обладает весьма высоким управляющим напряжением, так как вносимая им управляемая разность фаз между ортогональными составляющими электрического вектора проходящей световой волны наводится за счет управляемого смещения только одной из составляющих. Известен электрооптический модулятор с поперечным приложением электрического поля 2, состоящий из двух электрооптических кристаллов, расположенных последовательно таким образом, что составляющие светового электрического вектора с различным направлением плоскости поляризации при прохождении через модулятор получали одинаковую постоянную фазовую задержку, что достигается за счет поворота второго электрооптического кристалла относительно первого электрооптического кристалла на угол 90. Такой электрооптический модулятор также обладает высоким управляющим напряжением, так как вносимая им управляемая разность фаз между ортогональными составляющими электрического вектора проходящей световой волны наводится за счет управляемого смещения только одной из составляющих. Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение величины управляющего напряжения электрооптического модулятора с поперечным приложением управляющего поля за счет управляемого смещения обеих ортогональных составляющих электрического вектора падающей на модулятор световой волны. Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический модулятор с поперечным приложением электрического поля содержит оптически связанные поляризатор, поляризационный расщепитель, выход которого оптически связан со входами первого и второго электрооптических кристаллов, выходы которых оптически связаны соответственно с первым и вторым отражателями, причем активная ось оптической анизотропии второго кристалла повернута на угол 45 относительно главной плоскости поляризатора и на угол 90 относительно активной оси оптической анизотропии первого кристалла, которая перпендикулярна главной плоскости поляризационного расщепителя, главная плоскость которого повернута относительно главной плоскости поляризатора на угол 45, а вектор напряженности управляющего электрического поля в первом кристалле ориентирован в прямом, во втором кристалле - в обратном направлении по отношению к соответствующим кристаллографическим осям, а разность оптических путей расщепленных световых пучков кратна /2, где- длина световой волны. 2 12638 1 2009.12.30 Уменьшение величины управляющего напряжения электрооптического модулятора с поперечным приложением управляющего поля достигается за счет фазовой модуляции обеих разнесенных в пространстве ортогональных составляющих электрического вектора падающей на поляризационный расщепитель световой волны с их последующим суммированием. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - поляризатор 2 - поляризационный расщепитель 3 - первый электрооптический кристалл 4 - второй электрооптический кристалл 5 - первый отражатель 6 - второй отражатель. Устройство содержит последовательно оптически связанные поляризатор 1 и поляризационный расщепитель 2, главная плоскость которого повернута на угол 45 относительно главной плоскости поляризатора 1, первый 3 и второй 4 электрооптические кристаллы,входы которых оптически связаны с поляризационным расщепителем 2, а выходы - с первым 5 и вторым 6 отражателями, при этом активная ось оптической анизотропии второго электрооптического кристалла 4, расположенного под углом 90 к первому, повернута на угол 45 относительно главной плоскости поляризатора 1 и на угол 90 относительно активной оси оптической анизотропии первого электрооптического кристалла 1, причем активная ось оптической анизотропии первого электрооптического кристалла 1 перпендикулярна главной плоскости поляризационного расщепителя 2, а направление вектора напряженности управляющего электрического поля в первом электрооптическом кристалле 3 параллельно, во втором электрооптическом кристалле 4 противоположно направлению соответствующих кристаллографических осей, при этом первый 5 и второй 6 отражатели также расположены под углом 90 друг к другу, причем разность оптических путей расщепленных световых пучков кратна /2, где- длина световой волны. Поляризатор 1 может быть выполнен, например, в виде поляризационной призмы Глана. Поляризационный расщепитель 2 может быть выполнен, например, в виде поляризационной призмы Глана с тремя полированными поверхностями. Электрооптические кристаллы 3 и 4 могут быть выполнены, например, из материала КТР. Отражатели 5 и 6 могут быть выполнены, например, в виде диэлектрических зеркальных покрытий на плоских подложках. Электрооптический модулятор с поперечным приложением электрического поля работает следующим образом. В исходном состоянии на вход электрооптического модулятора с поперечным приложением управляющего поля поступает неполяризованный световой пучок. Пройдя поляризатор 1, световой пучок становится плоско поляризованным, причем его плоскость поляризации ориентирована под углом 45 к вертикали (к плоскости рисунка). Этот плоско поляризованный пучок поступает на входную грань поляризационного расщепителя 2,в котором расщепляется на два ортогонально поляризованных световых пучка. Световой пучок, поляризованный параллельно главной плоскости поляризационного расщепителя 2,поступает на входную грань первого электрооптического кристалла 3, а световой пучок,поляризованный перпендикулярно главной плоскости поляризационного расщепителя 2,поступает на входную грань второго электрооптического кристалла 4. Оба названных световых пучка проходят через соответствующие электрооптические кристаллы и с помощью первого 5 и второго 6 отражателей возвращаются в обратном направлении, при этом каждый из них при двойном прохождении через соответствующие электрооптические кристаллы испытывает одинаковую фазовую задержку Г, определяемую выражением 2 Г 2 0 , 3 12638 1 2009.12.30 где 0 - показатель преломления электрооптического кристалла в направлении активной оси оптической анизотропии,- длина электрооптического кристалла. При прохождении таких ортогонально поляризованных световых пучков через поляризационный расщепитель 2 в обратном направлении они приобретают разность хода, кратную /2. Поэтому их суперпозиция дает результирующую выходную плоско поляризованную световую волну,ориентированную перпендикулярно плоскости поляризации световой волны, падающей на поляризационный расщепитель. В результате, при отсутствии на первом 3 и втором 4 электрооптических кристаллах управляющего напряжения, световой пучок не пропускается поляризатором 1 в обратном направлении. Если на первый 3 и второй 4 электрооптические кристаллы подать управляющее напряжение величиной 13,40 63 где 63 - электрооптический коэффициент,- поперечный размер электрооптического кристалла в направлении приложения электрического поля, то после прохождения ортогонально поляризованными световыми пучками соответствующих электрооптических кристаллов в обратном направлении они приобретут дополнительную оптическую разность хода, равную /2. Поэтому суперпозиция ортогонально поляризованных световых пучков на выходе поляризационного расщепителя даст результирующую выходную плоско поляризованную световую волну, ориентированную параллельно плоскости поляризации падающей на поляризационный расщепитель световой волны. В результате, при наличии на первом 3 и втором 4 электрооптических кристаллах управляющего напряжения, световой пучок проходит поляризатор 1 в обратном направлении. При этом величина управляющего напряжения в два раза меньше, чем у известного электрооптического модулятора с поперечным приложением электрического поля. 1. Мустель Е.П., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. - М. Наука,1970. - 296 с. 2. Адрианова И.И., Заславская В.Р., Степаненко Н.Ф., Чижиков Г.Г. Фазовый электрооптический модулятор неполяризованного излучения // Оптико-механическая промышленность. - 1978. -6. - С. 24-26. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4