Электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР С ПОПЕРЕЧНЫМ ПРИЛОЖЕНИЕМ УПРАВЛЯЮЩЕГО ПОЛЯ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Ставров Александр Афанасьевич Пилипович Владимир Антонович Конойко Алексей Иванович Ярмолицкий Вячеслав Феликсович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля, содержащий два оптически сопряженных электрооптических кристалла, причем оси оптической анизотропии второго электрооптического кристалла повернуты относительно одноименных осей оптической анизотропии первого электрооптического кристалла на угол 90 вокруг оси модулируемого светового пучка, плоскость поляризации которого составляет угол 45 с осями оптической анизотропии обоих электрооптических кристаллов, а векторы управляющих электрических полей взаимно ортогональны, при этом вектор управляющего электрического поля в первом электрооптическом кристалле ориентирован в прямом, а во втором электрооптическом кристалле - в обратном направлении по отношению к соответствующим осям их оптической анизотропии, отличающийся тем, что содержит ретроотражатель, установленный между электрооптическими кристаллами, и зеркало, установленное за 6592 1 вторым электрооптическим кристаллом, оба электрооптических кристалла помещены в диэлектрический корпус, материал которого обладает высокой теплопроводностью, одна из осей оптической анизотропии каждого электрооптического кристалла ориентирована параллельно плоскости отражения ретроотражателя, причем первый электрооптический кристалл повернут в плоскости, ортогональной вектору его управляющего электрического поля, на угол, обеспечивающий внесение в модулируемый световой пучок оптической разности хода, составляющей в совокупности с оптической разностью хода, вносимой ретроотражателем, величину, равную /2, где- длина волны модулируемого светового пучка.(56) Адрианова А.И. и др. Оптико-механическая промышленность. - 1978. -6. - С. 24-26.1479909 1, 1989.63036222 , 1988.3684350 , 1972.3923380 , 1976. Изобретение относится к области лазерной техники, локации, связи, оптических методов обработки информации и может быть использовано в оптико-электронном и лазерном приборостроении в качестве амплитудного модулятора света. Известен электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля 1, состоящий из двух последовательно расположенных и оптически сопряженных электрооптических кристаллов, между которыми помещена пластинка, вносящая оптическую разность хода /2, причем одноименные оси оптической анизотропии обоих кристаллов ориентированы в противоположных направлениях, плоскость поляризации модулируемого светового пучка составляет угол 45 с осями оптической анизотропии, а векторы управляющих электрических полей взаимно параллельны. Такой электрооптический модулятор обладает недостаточно высокой эффективностью вследствие возникающих в нем температурных градиентов, связанных с относительно большой длиной модулятора. Кроме того, его использование, например, для модуляции добротности лазерного резонатора требует приложения, наряду с импульсным (динамическим), постоянного (статического) электрического поля, которое приводит к образованию в электрооптических кристаллах объемных электрических зарядов, что дополнительно снижает эффективность модулятора. Известен электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля 2, состоящий из двух последовательно расположенных и оптически сопряженных электрооптических кристаллов, причем оси оптической анизотропии второго электрооптического кристалла повернуты относительно одноименных осей оптической анизотропии первого электрооптического кристалла на угол 90 вокруг оси модулируемого светового пучка, плоскость поляризации которого составляет угол 45 с осями оптической анизотропии обоих кристаллов, а векторы управляющих электрооптических полей взаимно ортогональны, при этом вектор управляющего электрического поля в первом электрооптическом кристалле ориентирован в прямом, а во втором электрооптическом кристалле - в обратном направлении по отношению к соответствующим осям их оптической анизотропии. Такой электрооптический модулятор обладает недостаточно высокой эффективностью вследствие возникающих в нем температурных градиентов, связанных с относительно большой длиной модулятора. Кроме того, его использование, например, для модуляции добротности лазерного резонатора требует приложения, наряду с импульсным (динамическим), постоянного (статического) электрического поля, которое приводит к образованию в электрооптических кристаллах объемных электрических зарядов, что дополнительно снижает эффективность модулятора. 2 6592 1 Технической задачей изобретения является повышение эффективности электрооптического модулятора с поперечным приложением управляющего поля. Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля, содержащий два оптически сопряженных электрооптических кристалла, причем оси оптической анизотропии второго электрооптического кристалла повернуты относительно одноименных осей оптической анизотропии первого электрооптического кристалла на угол 90 вокруг оси модулируемого светового пучка, плоскость поляризации которого составляет угол 45 с осями оптической анизотропии обоих электрооптических кристаллов, а векторы управляющих электрических полей взаимно ортогональны, при этом вектор управляющего электрического поля в первом электрооптическом кристалле ориентирован в прямом, а во втором электрооптическом кристалле - в обратном направлении по отношению к соответствующим осям их оптической анизотропии, содержит ретроотражатель, установленный между электрооптическими кристаллами, и зеркало, установленное за вторым электрооптическим кристаллом, оба электрооптических кристалла помещены в диэлектрический корпус, материал которого обладает высокой теплопроводностью, одна из осей оптической анизотропии каждого электрооптического кристалла ориентирована параллельно плоскости отражения ретроотражателя, причем первый электрооптический кристалл повернут в плоскости, ортогональной вектору его управляющего электрического поля, на угол, обеспечивающий внесение в модулируемый световой пучок оптической разности хода, составляющей в совокупности с оптической разностью хода, вносимой ретроотражателем, величину, равную /2, гдедлина волны модулируемого светового пучка. Увеличение эффективности электрооптического модулятора с поперечным приложением управляющего поля достигается за счет преобразования поляризации модулируемого светового пучка, что позволяет, во-первых, минимизировать влияние возникающих в электрооптических кристаллах температурных градиентов за счет компактного их размещения в диэлектрическом корпусе, материал которого обладает высокой теплопроводностью, во-вторых, в случае его применения, например, для модуляции добротности лазерного резонатора, исключить необходимость использования постоянного (статического) управляющего электрического поля и подавать короткий (динамический) управляющий импульс только в момент генерации излучения. Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа, на котором изображен общий вид заявляемого устройства. Устройство содержит оптически сопряженные первый электрооптический кристалл 1 и второй электрооптический кристалл 2, помещенные в диэлектрический корпус 3, материал которого обладает высокой теплопроводностью, ретроотражатель 4, установленный между электрооптическими кристаллами, и зеркало 5, установленное за вторым электрооптическим кристаллом. При этом оси оптической анизотропии х ивторого электрооптического кристалла 2 повернуты относительно одноименных осей оптической анизотропии х ипервого электрооптического кристалла 1 на угол 90 вокруг оси модулируемого светового пучка, плоскость поляризации которого р составляет угол 45 с осями оптической анизотропии х иобоих электрооптических кристаллов. Кроме того, векторы управляющих электрических полейвзаимно ортогональны, причем векторв первом электрооптическом кристалле ориентирован по направлению его оси оптической анизотропии, а во втором электрооптическом кристалле - против направления его оси оптической анизотропии . Одна из осей оптической анизотропии каждого электрооптического кристалла ориентирована параллельно плоскости отражения ретроотражателя, а первый электрооптический кристалл 1 повернут в плоскости, ортогональной его вектору управляющего электрического поля , на угол, обеспечивающий внесение в модулируемый световой пучок оптической разности хода, составляющей в совокупности с оптической разностью входа, вносимой ретроотражателем 4, величину, равную /2. 3 6592 1 В качестве элемента, формирующего плоскость поляризации модулируемого светового пучка, может быть использовано любое поляризующее устройство типа пленочного поляризатора, призмы Глана и т.п. (на фигуре не показано). В качестве ретроотражателя 4 может применяться, например, оборачивающая призма,триппель-призма, уголковый отражатель, поворотные зеркала и т.п. В качестве материала с высокой теплопроводностью для изготовления диэлектрического корпуса 3 может использоваться, например, флюорит. В качестве зеркала 5 может быть использована любая диэлектрическая или металлическая поверхность, эффективно отражающая модулируемый световой пучок. Электрооптический модулятор с поперечным приложением управляющего поля работает следующим образом. В исходном состоянии на вход первого электрооптического кристалла (точка А) поступает световая волна Е, плоскость поляризации р которой составляет угол 45 с осями оптической анизотропии кристалла х и . В результате двулучепреломления в кристалле будут распространяться две равные по амплитуде, но ортогонально поляризованные световые волны х и , описываемые выражениями Здесьи- соответственно круговая частота и волновое число световой волны ,- время ее существования и пройденное расстояние- постоянная фазовая задержка. При выходе световой волны из первого электрооптического кристалла (точка В) разность фаз 1 между компонентами х исоставит 1 где- длина волны модулируемого светового пучка х,- показатели преломления кристалла, соответствующие компонентам х исветовой волны 13, 33 - электрооптические коэффициенты- управляющее напряжение 1/ 1,11/,- геометрическая длина электрооптического кристалла, 1 - угол падения световой волны на кристалл- апертура модулятора. Первое слагаемое в правой части выражения (3) обусловлено естественной анизотропией кристалла, второе слагаемое - управляющим напряжением (наведенная анизотропия). С учетом (3) ортогонально поляризованные компоненты световой волны (1) и (2) в точке В будут иметь вид В результате прохождения ретроотражателя (от точки В до точки С) компоненты Ех и Е световой волны приобретут дополнительную разность фаз 222 где- угол падения,- показатель преломления материала ретроотражателя. При этом выражения (4) и (5) в точке С примут следующий вид Разность фаз 2 между х ипосле прохождения второго электрооптического кристалла определяется по аналогии с (3) 2 Отразившись от зеркала и пройдя в обратной последовательности, все рассмотренные элементы модулятора, компоненты Ех и Е световой волны в точке А приобретут вид Суперпозиция световых волн, описываемых выражениями (14) и (15), показывает, что в случае 2(эквивалентно оптической разности хода, равной /2) плоскость поляризации обратной световой волны в точке А будет ортогональна плоскости поляризации исходной световой волны в этой же точке. Это означает, что если перед первым электрооптическим кристаллом будет находиться поляризатор (на фигуре не показан), то обратная световая волна отразится от него. В случае же 0 обратная световая волна будет пропущена поляризатором. Все остальные ситуации (02) являются промежуточными. Процедура управления модулируемым световым пучком весьма наглядна, если параметрпредставить в явном виде При отсутствии на обоих электрооптических кристаллах управляющего напряжения(0) величинаопределяется только первыми двумя слагаемыми в правой части выражения (16). Если то обратная световая волна отражается от поляризатора. При подаче на электрооптические кристаллы управляющего напряжения обратная световая волна проходит через поляризатор. Тем самым осуществляется процесс модуляции исходной световой волны. 5 6592 1 В формуле (18)и е - показатели преломления электрооптических кристаллов соответственно для обыкновенной и необыкновенной компонент световой волны, что соответствует параметрам х идля представленной на фигуре ориентации осей оптической анизотропии кристаллов. В формуле (17) важную роль играет также коэффициент (1/ 1) - 1,который показывает, на какой угол в плоскости, ортогональной вектору управляющего электрического поля, необходимо повернуть первый электрооптический элемент, чтобы параметр 2 в отсутствие управляющего напряжения был строго равен . Источники информации 1. Мустель Е.П., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. - М. Наука,1970. - С. 296. 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 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.