КОЭ (1084716), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Это вызовет отклонение светового пучка на угол

(10.32)

г де D — толщина пластиныв направлении х.

Рис. 10.6. Схема электрооптического дефлектора на двойной призме из кристаллов КДР.

Каждый оптический пучок имеет конечный угол расходимости в и основной характеристикой дефлектора является не угол отклонения , а параметр N, показывающий, восколько раз превышает .

Вообще N много меньше 1.

36. Волноводный модулятор на основе поперечного электрооптического эффекта.

Рабочим элементом волноводного электрооптического модулятора является тонкопленочный оптический волновод. Наибольшее распространение получили модуляторы на основе кристаллов сегнетодиэлектриков и полупроводниковых соединений . Волноводные модуляторы на сегнетодиэлектриках, как правило, изготавливаются на основе кристаллов ниобата или танталата лития LiNbO3 и LiTaO3, обладающих хорошим сочетанием электрооптических свойств (см. табл, 10.1). Так как в кристаллах с центром инверсии электрооптический эффект отсутствует, то модуляторы не могут быть изготовлены на основе кремния или германия. Наиболее эффективны модуляторы на основе двойных гетероструктур, подобных тем, которые применяются в ДГС-лазерах. Рабочий слой обладает хорошими волноводными свойствами. Если этот слой

сделать высокоомным, а прилегающие широкозонные области будут выполнять роль омических контактов, то такая структура при соответствующей ориентации кристалла будет работать как модулятор с поперечным полем. Наиболее часто такие модуляторы изготовляют на основе арсенида галлия. Они работают в диапазоне от 1,0 до 10,6 мкм. Длина рабочего элемента 1...20 мм при толщине активной области 10... 100 мкм. В интегрально-оптическом исполнении толщина может быть уменьшена до единиц и долей мкм. На длине волны =1,15 мкм достигнуты следующие характеристики: = 10 В при , ГГц, =0,2 Вт/ГГц. Как и в волноводных модуляторах на основе сегнетоэлектриков, потери в полупроводниковых модуляторах составляют около 20 дБ. В основном они вызваны поглощением на свободных носителях заряда.

В видимой области GaAs использовать нельзя, поэтому для аналогичных целей может быть применен фосфид галлия (GaP). Возможны и другие типы полупроводниковых модуляторов, основанные, например, на использовании сильного электрического поля в переходе при приложении к нему напряжения в обратном направлении, на инжекции носителей заряда через переход, на смещении края собственного поглощения под действием электрического поля (эффект Франца — Келдыша) и др.

37. Акустооптический модулятор.

Их принцип действия основан на акустооптическом эффекте, связанном с изменением показателя преломления оптической среды под влиянием механических напряжений, сопровождающих прохождение акустической волны через эту среду. Акустическая волна длиной вызывает пространственное изменение показателя преломления, обусловленное пьезооптическими эффектами

Пьезооптические эффекты. В твердых телах под действием упругих механических напряжений изменяется показатель преломления вещества. Это явление называется фотоупругостью, а связанные с ним эффекты — пьезооптическими или упругооптическими эффектами.

Линейный упругооптический (фотоупругий) эффект заключается в том, что показатель преломления среды изменяется пропорционально механической деформации. Если к кристаллу приложить механическое напряжение то в нем появятся деформации, что в свою очередь приведет к изменению характеристик эллипсоида показателя преломления. При линейном эффекте изменение коэффициентов оптической индикатрисы может быть записано в виде

Обычно используется линейный упругооптический (фотоупругий) эффект. С помощью акустической волны, генерируемой, например, каким-либо пьезоэлектрическим устройством, в оптическом элементе модулятора создается заданный профиль показателя преломления. Проще всего осуществить периодическое изменение , создавая для света своеобразную дифракционную решетку. Проходя через эту решетку или отражаясь от нее, световая волна будет испытывать дифракцию и отклоняться. Это отклонение с помощью системы линз и диафрагм может быть преобразовано в амплитудную модуляцию. Изменяя шаг решетки и ее глубину путем изменения частоты и амплитуды акустической волны, возможно осуществлять модуляцию света. Очевидно, что на этом же принципе могут работать системы отклонения и сканирования света.

38. Нелинейная поляризация вещества в сильных электрических полях. Генерация второй гармоники. Взаимодействие поля поляризации и волны второй гармоники.

Диэлектрическая проницаемость среды определяется вектором поляризации Р и связана с относительной диэлектрической восприимчивостью каппа соотношениями

(5.1)

В общем случае каппа=каппа(Е). Ограничиваясь для простоты скалярными соотношениями, можно записать

(5.2)

или

где первое слагаемое определяет линейную поляризацию Рл, а остальные слагаемые — нелинейную поляризацию Рнл. Все коэффициенты каппа не зависят от Е и характеризуют свойства вещества.

В «обычном» световом поле, создаваемом «классическими» источниками, где Е не превышает 10 В/см, нелинейными эффектами можно пренебречь, также в нелинейной оптике обычно используют кристаллы, не обладающие центром инверсии.

Рассмотрим для определенности среду, в которой существенна квадратичная нелинейность, т. е. ограничимся первым нелинейным членом в разложении (5.2):

(5.3)

Пусть в среде распространяются две электромагнитные волны, начальные фазы которых для простоты считаем одинаковыми:

(5.4)

Подставляя (5.4) в (5.3), получаем:

Используя известные тригонометрические соотношения находим, что поляризация состоит из нескольких спектральных компонент с различными частотами:

и постоянного слагаемого, описывающего статическую поляри-

поляризацию:

(5.5г)

Рассмотрим для определенности генерацию второй гармоники. Мощное лазерное излучение на частоте , проходя через фильтр, поступает на нелинейный оптический элемент, в качестве которого могут быть использованы различные диэлектрические кристаллы. За счет нелинейной квадратичной поляризации, возбуждаемой лазерной волной на частоте со, в кристалле возникает волна поляризации с удвоенной частотой которая в свою очередь генерирует электромагнитную волнуна частоте , отфильтровывающуюся от основной волны с помощью фильтра Ф2. Очевидно, возникновение волны поляризации с удвоенной частотой можно рассматривать с помощью соотношений (5.5), положив . Выразим волну поляризации на частоте в показательной форме. Будем считать, что волна распространяется в направлении z.

Р ис. 5.1. Схема опыта для наблюдения удвоения частоты световой волны

Тогда

(5.6)

Где

(5.7)

— волновой вектор на частоте , — длина световой волны с частотой в веществе; — показатель преломления на частоте ; — амплитуда поляризации при z = 0.

Из соотношений (5.5) имеем

Генерируемую волной поляризации E электромагнитную волну можно записать в виде

где волновой вектор для этой волны (на частоте 2 )

Здесь — медленно изменяющаяся функция z, не зависящая от t; — показатель преломления на частоте . Считая, что поглощение на частотах и диэлектрике отсутствует, положим .

Интенсивность волны на удвоенной частоте:

Из этих соотношений видно, что амплитуда генерируемой волны изменяется с расстоянием по синусоидальному закону вследствие интерференции с поляризационной волной.

Волна второй гармоники получает свою энергию от основного излучения через волну поляризации (5.6). Обмен энергией между основной волной и ее второй гармоникой будет максимален, если разность фаз между волной поляризации и генерируемой на частоте электромагнитной волной сохранится на достаточно больших расстояниях. Для этого необходимо, чтобы т. е.

При выполнении этого условия, как видно из (5.13), амплитуда напряженности электрического поля линейно возрастет с расстоянием

Тогда с учетом получаем, что интенсивность излучения на второй гармонике пропорциональна квадрату интенсивности возбуждающей волны , квадрату оптической длины пути взаимодействия / и квадрату нелинейной восприимчивости :

В обычных случаях условие (5.17) не удается выполнить вследствие дисперсии показателя преломления света в веществе. Вне области поглощения . Поэтому между волной поляризации и световой волной на частоте будет наблюдаться фазовый сдвиг, который на длине l равен

39. Дисперсионная зависимость эллипсоида показателя преломления, фазовый синхронизм.

Чтобы осуществить эффективное преобразование мощности исходной волны во вторую гармонику, необходимо выполнить условия (5.16), (5.17), которые можно записать в виде

(5.22)

При выполнении равенства (5.22) и . Поэтому условие (5.22), так же как и условия (5.16) и (5.17), называется условием фазового (волнового) синхронизма. При его выполнении наблюдается согласование фаз возбуждающей волны и ее второй гармоники и происходит наиболее эффективное преобразование.

С квантовой точки зрения условие волнового синхронизма (5.22) представляет собой условие сохранения импульса для фотонов, участвующих в данном процессе:

Характеристики

Список файлов учебной работы