Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 63
Текст из файла (страница 63)
С помощью поляризационного фильтра осуществляется затем преобразование вращения в модуляцию интенсивности. Ячейки Поккелыа В основу электрооптической модуляции положен так называемый эффект Поккельса. При этом под влиянием электрического поля изменяется двойное преломление кристаллов. Вместо одного направления излучения в кристалле возникает два взаимно ортогональных направления поляризации — с разными скоростями света и показателями преломления. При этом имеющаяся разность показателей преломления Лп пропорциональна величине Е напряженности приложенного поля (линейный электрооптический эффект); (! 6.4) Лп = и'гЕ = и'г(З/д, где г есть зависимая от ориентации постоянная вещества (см. таблицу 16.1), и — показатель преломления, (7 — напряжение, которое через расстояние й между электродами генерирует напряженность поля Ев кристалле.
В результате изменения Убд. Э р ду р 222урд показателя преломления 25п возникает разность фаз между составляющими световой волны, колеблющимися в обоих направлениях поляризации. Если оптическая разность путей Ал/= )/2, то разность фаз д = я, причем /есть длина просвечивае мого кристалла. Соответствующее напряжение (/,и называют полуволновым напряжением, которое вычисляется из: ол/= 22/2 = лдгбг, д~б (см. уравнение 16.5), где )2 есть длина волны. Обычно разность фаз А между двумя различно поляризованными волнами после прохождения через кристалл составляет: 6=к()/Ецд где Е цЭ=М/2пдг1.
(16.5) тавэ иэ гкк Электрооптические параметры (по данным Кехнера) для кристаллов в продольных ячейках Поккельса при Х= 0,63 мкм. Напряжения для АПР, КПР и КП*Р действительны в отношении ячеек продольного типа и могут вычиаиться по уравнению (16.5) при бд'=6 Значение для ЫМЬО, относится к поперечной ориентации с 47= 9/25 У ячейки Поккельса свет попадает на кристалл при направлении поляризации с наклоном под углом 45' относительно обоих основных направлений поляризации, так что обе ортогоиально поляризованные составляющие в кристалле имеют одинаковую амплитуду (см, фильтр Лио).
После прохождения через кристалл обе волны имеют разные фазы и поэтому складываются обычно в эллиптически-поляризоваиную волну. Для Дрд/=О, дд., 2Х и т.д. получаются в первоначальном направлении линейно- поляризованные волны, а для Ард/=Х/2, ЗХ/2,... — линейно-поляризованные волны перпендикулярно первоначальному направлению. Если за кристаллом размещается поляризатор, то будет проходить только часть поляризованной волны. Если направление пропускания поляризатора будет перпендикулярным (З ) либо параллельным ()~) поляризации падающей на кристалл волны ( рис.
16.4), то пропускание выражается через: Т = Т з1п — и Т ~(='~ созд (16.6) где Т, показывает максимальное пропускание системы, измеряемое без поляризации. Ячейка Поккельса продольного типа. Если электрическое поле располагается параллельно распространению света на кристалл ( рис. 16.4), то! =г/, а (/д 2 не зависит от размеров кристалла (см. таблицу 16.). Для уменьшения напряжений наполовину можно с помощью зеркала дважды пропустить свет через кристалл либо включить два кристалла, а именно: оптическим способом — последовательно и электрическим — параллельно.
Ще Глава 1б. Модуляция и отпклонениелуча Кольцевое электроды Кристалл Рлс. 16.4. Электрооптичесхий модулятор с ячейкой Поккельса продольного типа Ячейка Поккельеа поперечного типа. При подходящей ориентации кристалла можно расположить электрическое поле перпендикулярно направлению распространения света на кристалл.
Тогда Упт зависит от отношения 1гга; при большой длине 1 и малой толщине И рабочее напряжение сравнительно невелико. Это позволяет использование такой ячейки в качестве широкополосного модулятора примерно до 100 МГц. При большой длине 1емкость ячейки столь велика, что это серьезно затрудняет работу при более высоких частотах модуляции. В качестве кристаллов для видимой и ближней инфракрасной области спектра и др. находит применение дигидрофосфат калия (КН,РОо коротко КОР) и ниобат лития (1 !Ь!ЬО,). Кристаллы КГ)Р пропускают на уровне 0,4 — 1,3 мкм. Длина и толщина кристаллов достигает нескольких сантиметров. Потери 1 — Т, составляют несколько процентов.
В случае продольных ячеек Поккельса напряжение может подаваться, например, через снабженные напылением кольцевые либо прозрачные электроды. Вместо КОР вполне годятся и кристаллы КГ)*Р, в которых водород замешен дейтерием. В этих кристаллах напряжение модуляции несколько меньше.
Плотность мощности модулируемого света может составлять — при длительности световых импульсов около 10 нс — до 40 МВт1смт. Кристаллы 1 !Ь!ЬОт обладают более высокими электрооптическими параметрами и, следовательно, меньшими напряжениями У, „чем КПР. Для спектрального диапазона от 1 до 30 мкм может использоваться теллурид кадмия Сс)Те. При более значительных длинах волн требуются довольно высокие напряжения. Ячейки Керра В изотропных материалах тоже можно создавать двойное преломление на основе электрического напряжения, причем изменение показателя преломления пропорционально квадрату напряженности приложенного поля (эффект Керра, квадратичный электрооптический эффект): т5п=К )с Е' (16.7) где Кесп постоянная Керра (например, у ячейки с нитробензолом К= 245 10т и мВ' при 589 нм). Электрическое напряжение приложено преимущественно перпендикулярно направлению распространения света.
У ячеек Керра необходимые рабочие напряжения значительно выше, чем у ячеек Поккельса. Ячейки Керра могут функционировать и под действием напряженности электрическогополя световыхимпульсов(оптический эффект Керра), итогда время включения будет находиться на уровне пикосекунд. Это используется, например, в целях измерения световых импульсов минимальной длительности, не подлежащих электрическому разрешению. Для такого измерения световой импульс посылается через затвор на ячейке Керра, который в разные моменты времени открывается другим, возможно, еще более коротким световым импульсом: при этом происходит измерение мгновенной интенсивности в разное время. 1б.4.
Оптические развязки Эффект Фарадея Для модуляции света могут использоваться и магнитооптические эффекты. Под так называемым эффектом Фарадея понимается вращение плоскости поляризации линейно-поляризованного света, проходящего через вещество, размещенное в однородном магнитном поле. Направление вращения плоскости поляризации совпадает с направлением тока в катушке, посредством которой создается магнитное поле.
Экспериментами доказана линейная зависимость между углом поворота плоскости поляризации Л и напряженностью магнитного поля Н: 8=1.Ч Н, (16. 8) гле Несть постоянная Верде (например, для стекла из силиката свинца г'=0,07 угловых минут/А), а 1 — длина просвечиваемого материала. Если для создания магнитного поля используется длинная катушка с числом витков зу и длиной 1, по которой проходит ток, то имеем: Н=)1.1,г1 и б=ЧН 1.
(16.9) Фарадеевский вращатель плоскости поляризации У лазерных систем часто возникают проблемы в связи с тем, что отраженный свет становится причиной нежелательной обратной связи. Избежать этого можно с помощью оптического диэлектрика либо направленного ответвителя, призванного пропускать свет в прямом направлении, в то время как обратный свет подлежит поглощению. Подобный «оптический диод» состоит из поляризатора и фарадеевского врашателя, поворачивающего плоскость поляризации под углом 45' ( рис. 16.5). За врашателем находится анализатор, у которого направление пропускания повернуто под углом 45' относительно направления пропускания поляризатора, что позволяет прохождение света, идущего от поляризатора. Свет, проходящий в обратном направлении, также поворачивается фарадеевским вращателем в плоскости поляризации на 45', но в том же направлении, что и прежде, так что относительно направления пропускания поляризатора он повернут уже на 90' и, таким образом, тушится.
1 302 Глава 1б. Модуляция и ооиглонение луча Фарадеевский вращатень 45 Рис. 16.5. Оптический диэлектрик илн направленный отаетвятель с фарадеевским врашателем Благодаря высоким требуемым токам фарадеевские врашатели для импульсных лазеров (например, на Хд: ИАГ) действуют также и в импульсном режиме. Подобное устройство коммерческого назначения в целях создания магнитного поля разряжает конденсатор 80 мкФ с 500 В в катушку, где появляются токи 500 А.
Между тем, фарадеевские вращатели для оптических диэлектриков функционируют преимущественно с постоянными магнитами. Фарадеевские вращатели находят применение и в области амплитудной модуляции. Из-за большой индуктивности катушки возбуждения достигаемые частоты модуляции значительно ниже, чем у электрооптических модуляторов. Для вращения плоскости поляризации могут использоваться также сегнетоэлектрические кристаллы, не нуждающиеся во внешнем магнитном поле. Такие кристаллы рекомендуются для применения в оптических диэлектриках при низких мощностях — например, в полупроводниковых лазерах. 16.5. Насыщающиеся поглотители В насыщающихся поглотителях пропускание есть функция интенсивности поглощенного света. Коэффициент поглощения а понижается согласно: и= о (16.10) 1ь! /М, в зависимости от поглощенной интенсивности 1, причем а есть максимальный о показатель поглощения при 1=0, а I, — зависимая от вещества интенсивность насыщения, при которой а падает до уровня а /2.
Пропускание 7= ехр (- ах) слоя толщиной х возрастает в зависимости от поглощенной интенсивности. Насыщающееся поглощение проявляет себя опустошением основного состояния поглошающих атомов или молекул. При больших поглощенных интенсивностях величины населенности основного состояния и возбужденного состояния будут равными, поэтому число поглощенных фотонов равно числу фотонов индуцированного излучения, так что теоретически получается: а — ь 0 и Т=! . С точки зрения лазерной техники особый интерес представляют насьпцающиеся поглотители высокого быстродействия, благодаря чему после отключения 3 д 30~~3) интенсивности света вновь быстро устанавливается начальное пропускание Т,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
