Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Поэтому для получения модуляции с наименьшими искажениями пользуются смещением рабочей точки модулятора с помощью постоянного напряжения У„которое называется аоляризуюи(им. Как показывают расчеты, с учетом нелинейных искажений У„= 0,5У„р. Следовательно, поляризующее напряжение будет создавать постоянную разность хода, равную Х/4. Вместо поляризующего напряжения можно пользоваться пластинкой толщиной в четверть волны. Это может быть тонкая пластинка кристаллического кварца. При использовании пластинки в четверть волны кристалл не будет подвержен воздействию постоянного высокого напряжения. Кроме того, даже при незначительном отличии У, от 0,5У„р возрастают нелинейные искажения. Если при У„= 0,5(/„р нелинейные искажения составляют 4 %, то при У„= 0,2У, они возрастут в три раза, а при У, = 0,8У„р — более чем в 15 раз [6).
В связи с этим необходима стабилизация поляризующего напряжения. При использовании же пластинки в четверть волны и монохроматического источника отпадает необходимость подводить к кристаллу высокое напряжение и стабилизировать его. При использовании пластинки в четверть волны и источника излучения с широким спектромискажения увеличиваются, так как разность фаз, вносимая этой пластинкой, для различных участков спектра будет неодинаковой, При работе со смещением с четвертьволновой пластинкой на кристалл подается только переменное модулирующее напряжение, Оптимальное значение амплитуды модулирующего напряжения У„, 0,6!У„= О,ЗУ„.
2!2 4$.4. Магнитооптический эффект и модуляция лазерного излучения Магнитное поле так же, как и электрическое, изменяет оптические характеристики веществ. Впервые с этим столкнулся великий английский физик М. Фарадей (1791 — 1867). Эффект Фарадея, открытый им в 1864 г.„заключается во вращении плоскости поляризации линейно- поляризованного излучения под воздействием магнитного поля. Угол поворота плоскости поляризации оказывается пропорциональным напряженности Н магнитного поля и длине 1 пути излучения в оптически прозрачном веществе: ф = )11Н, (11. 13) где )à — постоянная Верде, зависящая от природы вещества, длины волны излучения и температуры.
Значения этой постоянной для некоторых важных веществ следующие: 0,031 А ' . угл. мин (кварц); — 1 0,37 А ' угл. мин (арсенид галлия) для Х = 1,06 мкм; 2000 А Х -1 )( угл. мин (трехбромистый хром) для Х = 0,5 мкм; 10,1 А ° угл. мин (железо-иттриевый гранат) для Х = 0,63 мкм. Механизм эффекта Фарадея объясняется тем, что при наложении магнитного поля орбита электрона, определяющая показатель пре. ломления и его дисперсию, начинает прецессировать и вместо одной резонансной частоты электрона появляются две собственные частоты, относящиеся соответственно к правым и левым колебаниям. Появление у вещества в магнитном поле двух резонансных частот означает расщепление энергетического уровня поглощения на два, в результате чего поворачивается плоскость поляризации линейно- поляризованного излучения, проходящего через вещество вдоль вектора напряженности магнитного поля.
Вращение плоскости поляризации наступает очень быстро ( 10 с после приложения магнитного поля) и так же быстро исчезает при снятии его. Допустим, что на изотропную неферромагнитную среду падает неполяризованная волна. Эту волну можно представить в виде суммы двух волн, поляризованных по кругу с противоположными направлениями вращения (см. п. 3.4). Согласно эффекту Фарадея фазовые 213 — )„о )гн рн о л и+ 1 0 п'01+ (11.15) где ио — показатель преломления магнитооптического вещества при поле Н = 0; знаки -~ означают правую и левую круговую поляризацию волн. Подставив в (11.14) значения ае, окончательно получим угол поворота плоскости поляризации тр = )г(Н. В ферромагнетиках эффект Фарадея проявляется несколько иначе, он пропорционален намагниченности М,.
Под действием больших внутренних магнитных полей образуются области спонтанного намагничивания и внешнее магнитное поле ориентирует их в своем направлении. Магнитная проницаемость ферромагнетика, помещенного в магнитное поле, направленное по оси х, описывается матрицей [24, 29! — 1'рМ' 0 О р, )з 1)сМ' 0 Угол поворота плоскости поляризации в этом случае определяется так: лазо (М 1 Мг) „1 ггМ где М, М' — магнитооптические параметры, пропорциональные намагниченности М„ у — угол между нормалью к фронту волны излучения и вектором Н. При выборе материала для модулятора следует учитывать его однородность.
Наличие пузырьков, трещин, включений и т. д. увеличивает поглощение излучения. Значительную роль при конструировании модулятора играет форма ферромагнитного образца. Например, для сферической формы образца намагниченность втрое выше, чем для плоской пластинки. Особенно выгодны ферромагнитные цилиндры с большим отношением И (24). Модулятор (рис. 11.4, а) состоит из соленоида, внутри которого находится ферромагнетик УагезОта. Соленоид помещен между поля- 214 задержки для этих волн на пути 1 определяются так: тр+ 2п) 1т1+ по тр Хе ~ 0 п — п, Различные фазовые задержки для волн приводят к повороту плоскости поляризации первоначальной волны на 'р4 ф п1 2 (11.14) ' Показатели преломления п„для этих, движущихся с фазовыми задержками, воли 1 -пзф- Рнс.
11.4, Схемы магннтооптнче- 1 ского !а), акустооптпческото па йе двулучепреломленнп (б) и дпфракцпонного акустооптическото (а) мо. дуляторов: т — входное излучение; г — поляризатор; 3, а — четвертьволповые пластинки: 4 — кристалл (рабочая жидкость); б — соленоид; 7 — анализатор; 8 — приемник излучения; р — пьезо. излучатель звуковых колебания; 10 — лины; М вЂ” диафрагма; Лл — диаметр пучка; ! длина взаимодеаствня ризатором и анализатором, которые служат для преобразования угла поворота плоскости поляризации в амплитуду излучения.
Если оси поляризатора и анализатора скрещены под углом пг2, то интенсивность излучения, прошедшего через такой модулятор, и глубина модуляции определяются соотношениями: 1= 1,з!и'тр; т,„= соз2тр (11.16) где тр „ вЂ” максимальный угол поворота плоскости поляризации.
Глубина модуляции в магнитооптических модуляторах достигает 40 % на частотах до 200 МГц. Достоинством их также является постоянство коэффициента удельного вращения плоскости поляризации многих веществ для инфракрасной области излучения. Это обстоятельство повышает конкурентоспособность этих модуляторов по сравнению с электрооптическими. Основными недостатками модулятора являются узкополосность и зависимость характеристик от температуры, что не исключает полностью использования амплитудных магнитооптических модуляторов на высоких и сверхвысоких частотах. 14.». Фотоупругость и акустооптические модупяторы изпучеиия Изменение показателя преломления вещества при воздействия мехаияческпх деформаций называется явлением фогиоуиругослаи.
В некоторых кристаллах, преимущественно в полупроводниках (ОаАз, ОаР, Т!Оз, З!Оа и т. д.), а также в оптически прозрачных средах (1!Та0„1.!1чЬО„т'АСт, сс-А!вОза КРР, АРР), плавленом кварце, стеклах и др. под действием упругих напряжений возникает искусственная анизотропия, изменяющая эллипсоид показателей преломления, что и используется при разработке модуляторов излучения.
Скорость распространения упругих деформаций намного меньше скорости света в этой среде; поэтому в ней возбуждают на низких частотах акустическое поле, неоднородное по сечению пучка излучения. 21о Практически упругие деформации создаются звуковой волной. Применение в модуляторах акустической стоячей волны дает значительный выигрыш по мощности, одновременно сужая полосу частот.
Если к фотоупругому кристаллу приложено механическое усилие ос, то возникающее при этом изменение (двулучепреломление) оптической инднкатрисы в линейном приближении можно записать в' виде В'с (сl'с)с'= ~, л;т = 2, рпи„ (1!.17) с с где лс; — пьезооптнческие коэффициенты; рсс — упругооптнческие коэффициенты; ис — деформация. Изотропное вещество характеризуется следующими пьезооптическнмн коэффициентами: лы = лм = лзз' лсз = лм = лзз = лз! = л„= л„; л„= л„= л„= л„— л„.
Оптическая индикатрнса этого вещества прн отсутствии деформации описывается уравнением [24] (хз ] уз ! з)7лг При наличии деформации оптическая индикатриса, как мы уже знаем, искажается: В„х' + В„У'+ Вззгз + 2ВззУз + ЗВмгх+ 2В„хр = 1. Учнтыая (11.17), коэффициенты ннднкатрисы и изменения нх в пространстве в матричном представлении можно записать так: [Всс] = [лсс] [ос] = [рсс] [ис]. Из анализа этого уравнения следует, что нзотропное вещество под воздействием механических напряжений становится одноосным, если главная оптическая ось совпадает с направлением распространения деформации [24], Удивительной общностью обладают электрон акустооптнческий эффекты. Онн связаны между собой и с пьезоэлектрическим эффектом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
