Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 61
Текст из файла (страница 61)
У необыкновенного луча волновые фронты располагаются уже не перпендикулярно, а слегка наклонно относительно направления луча. Направлением нормали считается нормаль относительно волновых фронтов. У необыкновенного луча следует различать направление нормали и направление излучения. Для направления нормали действует закон преломления с показателем преломления необыкновенного луча.
Направление луча образует с направлением нормали небольшой угол, который, например, у известкового шпата СаСО, составляет максимум 6 градусов, но не является постоянным, а зависит от направления нормали. При распространении света параллельно или перпендикулярно оптической оси направление нормали и направление луча параллельны. Если поверхность кристаллической пластины ориентирована наклонно к оптической оси, то отклонение от направления нормали и направления луча приводит к расщеплению неполяризованного пучка на две ортогонально поляризованных составляющих. рис. 15.4 демонстрирует нормальное падение луча на поверхность. Направление нормали необыкновенного луча совпадает при этом с направлением распространения обыкновенного луча. Необыкновенный пуч Оптин Рис. 1К4.
Двойное преломление на пластинке из известкового шпата Неполнрнзованнын пуч ыкновеннын пуч Отклонение направления луча от направления нормали приводит к сдвигу пучка и проявляется, например, при удвоении частоты вИдимого лазерного излучения в нелинейных кристаллах. Поскольку подобное смещение невелико по сравнению с диаметром луча, то этим эффектом вполне можно пренебречь.
15.3. ПОЛЯРИЗатОРЫ Линейно поляризованный свет может генерироваться из эллиптически поляризованного либо неполяризованного излучения посредством дихроичных '(( 290 Глава 15. Поляризация фильтров, на основе двойного лучепреломления и отражения. Двоякопреломляюшие четвертьволновые пластинки создают на основе линейной поляризации свет круговой поляризации. Вращение плоскости поляризации может достигаться с помощью полуволновых пластинок.
Дихроичные поляризационные фильтры Для получения линейно-поляризованного света часто используются дихроичные поляризационные фильтры, «Дихроизмн означает избирательное поглошение света одного направления поляризации. Для получения дихроичных поляризационных пленок в них помешают молекулы органических красящих веществ. Эти молекулы обладают продольной формой и соответствующей ориентацией.
Поглощение для одного направления поляризации становится при этом почти 100 %, в то время как пропускание в другом направлении достаточно велико — например, 45 %. В инфракрасной области спектра применяют поляризационные фильтры из ориентированных металлических волосков (вискеров), размещаемых на подложке методом напыления. Поляризационные призмы Используемые для поляризации света двоякопреломляюшие призмы сушествуют в разных версиях. Часто упоминаемая ранее призма Николя (или просто «николин) встречается сейчас все реже.
Призмы Глана — Тейлора и Глана — Томпсона делают из неполяризованного луча поляризованный, причем этот луч сохраняет свое первоначальное направление ( рис. 15.5 и 15.6). В случае другой поляризации на границе раздела обеих призм имеет место полное отражение, в результате чего этот луч зеркально отражается из хода лучей. Если в качестве материала применяют известковый шпаг, то описанные призмы могут использоваться при длине волны в диапазоне от 0,3 до 2,3 мкм. Поляризационные призмы вполне пригодны для высоких мошностей, если между ними предусматривается воздушный зазор.
У традиционных призм имеется обычно слой клея, который может разрушиться при высоких мощностях лазерного излучения. В случае призмы Волластона неполяризованный пучок распадается на два луча, выходягцих из призмы под разными углами относительно направления падения. Конструктивное исполнение переменного делителя пучка с призмой Глана — Тейлора показано на рис. 15.б. енны ы Рнс. 15з. Полярнзацнонные призмы Глана — Томпсона ГЗ.З. и р и т9) .е -= для а=с ~=о ка Линейно-поляризованная интенсивность!, Рис. 15.6. Конструкция переменного, функционирующего без потерь светоделителя с призмой Глана — Тейлора и полуволновой пластинкой Брюстеровские пластинки, тонкослойные поляризаторы Пластинка из стекла или другого прозрачного материала оказывает поляризующее действие, если она устанавливается под углом к световому лучу.
Как уже говорилось выше в главе 14, коэффициенты отражения от поверхностей пластинок для ортогональной (з) и параллельной (р) поляризации различны. Если угол падения равен углу Брюстера, то параллельно-поляризованная составляющая излучения вообще не отражается, так что отраженное излучение будет полностью ортогональнополяризованным. В любом случае коэффициент отражения при ортогональной поляризации будет значительно ниже 100 %, поэтому брюстеровская пластинка считается поляризатором с низким кпд.
Тем не менее, такие пластинки довольно часто используются в лазерах в качестве поляризаторов, поскольку обнаруживают для параллельной поляризации совсем ничтожные потери. При небольшом усилении активной среды лазера такого неполного пропускания вполне достаточно для подавления ортогональной поляризации, так что лазерное излучение становится абсолютно параллельно-поляризованным. Для улучшения поляризующего действия брюстеровских пластинок — например, в целях применения их в лазерах высокого усиления — иногда прибегают сразу к нескольким пластинкам, уложенным друг за другом. Похожий эффект достигается и с помощью тонкослойных поляризаторов, которые, подобно диэлектрическому зеркалу, состоят из нескольких слоев с наклонным просвечиванием.
Четвертвволновые и полуволновые пластинки Для генерации света круговой поляризации используются четвертьволновые пластинки из слюды или кварца. Они имеют ось кристалла в плоскости слоя, подлежащего маркировке. Направление линейной поляризации падающих волн должно быть под углом 45ь к предпочтительному направлению. Показатели преломления в направлении оси кристалла и перпендикулярно ей различны, так что здесь имеют место две волны с разными скоростями.
В результате у этих волн возникает разность фаз. 'Х292 Г 15 л р т Толщина выбирается с таким расчетом, чтобы разность хода составляла четверть длины волны — для получения света круговой поляризации ( рис. 15.7). Полное действие может быть достигнуто только для одной длины волны. Из поляризатора с четвертьволновой пластинкой удается сконструировать оптический изолятор, который позволяет свету проходить в одном направлении и подавляет отраженный свет. Направление плоскости поляризации падающего луча Оптическая ось кристалла Рис.
15.7. Функция четвертьволновой пластинки. В результате поглощения линейно- поляризованного излучения возникает свето круговой поляризацией Для вращения плоскости линейной поляризации используются полуволновые пластинки. Путем поворота пластинки достигается непрерывное изменение направления поляризации ( рис. 15.8). Направление плоскости поляр изации падающего луча луч Оптическая ось кристалла Рис. 15.8.
Функция полуволновой пластинки. Направление поляризации может поворачиваться под любым углом 2а, причем а есть угол поворота пластинки На рис. 15.6. представлен функционирующий без потерь переменный делитель пучка — подобный тому, что используется, например, в голографии. Линейно- поляризованный свет падает на поляризационную призму, дающую в итоге два взаимно ортогональных луча разной поляризации. Поворот полуволновой пластинки с 0 на 45' приводит к совместному повороту плоскости поляризации падающего луча — с 0 на 90 .
При этом возможно любое бесступенчатое деление интенсивности между двумя лучами. Еще одна (не показанная на рисунке) Зд 29Д~З~ полуволновая пластинка может привести поляризацию обоих выходных пучков к одному направлению. зйдячи 15.1. Под каким углом находятся брюстеровские окна аргонового лазера (л = 1,52)? 15.2. Неполяризованный лазерный луч падает на 3 поляризатора, повернутых относительно друг друга на 60'. Вычислить интенсивность после первого, второго и третьего фильтров.
15.3. (а) Какова толщина простой четвертьволновой пластинки из кварца? (б) Функцию, подобную четвертьволновой пластинке, выполняют и пластинки более высокого порядка, обеспечивающие разность хода (2?г + 1) Х/4 между обыкновенным и необыкновенным лучами, причем к есть целое число. Какой будет такая пластинка с толщиной примерно 0,5 мм (л, = 1,5442, л, = 1,5533, Х = 589 нм, см. таблицу 15. 1)? 15.4. Как функционирует полуволновая пластинка? 15.5. Какие условия необходимо соблюдать при установке четвертьволновой пластинки для генерации света круговой поляризации? ГЛАВА 16 МОДУЛЯЦИЯ И ОТКЛОНЕНИЕ ЛУЧА Во многих областях применения лазеров их излучение подлежит модуляции или отклонению.
Наряду с механическими конструкционными элементами для этой цели активно используют преимушественно акустооптические либо электрооптические способы. 16.1. Механические модуляторы Простой способ амплитудной модуляции света состоит в том, что световой луч механически прерывается, например, фотозатвором. Для периодической модуляции рекомендуются вращающиеся диски со щелями (прерывателями) или колебательные системы, функционируюшие по типу камертона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
