Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Плоскость поляризации поворачивается, потери возрастают и добротность резонатора уменьшается. На метастабильном уровне в результате синхронно работающей накачки образуется большая перенаселенность активных атомов. При снятии напряжения, т. е. при открытом затворе, добротность резонатора восстанавливается, лазер излучает импульс с пиковой мощностью до 1О МВт и длительностью 30...60 нс. Торцы кристалла обрабатываются по наивысшему классу чистоты.
Непараллельность поверхностей торцов должна быть не более 5...10" (рис. 11.12, б). Глава 12. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ 12.2. Непрерывный оптический дефпектор Для систем записи и воспроизведения информации, связи и оптиче- ской локации важна задача пространственного сканирования лазерным излучением. Снагнзрованме — это управляемое ио заданному закону перемещение излучения е пространстве. Для этой цели используют дефленнзорщ — устройства, позволяющие перемещать лазерное излучение а пространстве. 230 Рис.
12.1. Схемы прохождения луча в непрерывных оптических дефлекторах: о — элеитрооптичесиий кристалл с показателем преломлеиия и 191 н, ч- нбл; б — двух. з пРЯзмеииый ДефлехтаР иепРеРыэнога отилоиеииа 1 1нрпэгэ,в /аг э элемеитэРнэЯ пРиэмеииэя ячейка непрермэнага дефлеиторэ; з. б — дыйленторы о зериэлэми, эостоишие нэ не. сиольиях элементэрных призмениых ячее» Дефлекторы делятся на оптико-механические, акусто- и влектрсоптические.
По характеру взаимодействия лазерного луча с акэивной средой они разделяются на преломляющие, отражательные, дифракционные, двулучепреломляющие и интерг/теренционные/ по характеру отклонения луча — на непрерьюньге и дискретные; по расположению управляющих элементов — на внутрирезвншпорные и внешние. Электрооптический эффект широко применяется для сканирования излучения.
Рассмотрим один из способов его реализации. Допустим, что излучение падает на кристзлл, в котором показатель преломления линейно зависит от координаты, т. е. п (у) = п, + Апу (рис. 12.1, а, б). Допустим также, что показатели преломления для двух крайних лучей 1 и 2 отличаются на Ап; тогда на выходе из кристалла нижний луч 2 будет опережать верхний ! на Ьх = 1„9/)пlп. Но так как по закону„установленному В, Снеллнусом (159! — 1626), П = ЫП 1/З(П йпр, тО„ПРИНИМаЯ СИНУСЫ УГЛОВ ПаДЕНИЯ И ПРЕЛОМЛЕНИЯ За МаЛЫЕ ВЕЛИЧИНЫ, т. Е. З|П 1 1, З!П 1пр ж т„р, НаХОДИМ ОтКЛОИЕНИЕ ВЫХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОСтРаНСтВЕ: 1 = йп,н. УЧИтЫВаи ГЕОМЕТРИЮ ПРОХОЖДЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В КРИСтЗЛЛЕ ЬХ/а = !д 1пр тп, ПОЛУЧаЕМ 1= 1„рбп/а, (12.1) где 1„р, а — длина и высота кристалла.
На практике для дефлектора непрерывного действия применяют две прямоугольные призмы из электрооптического кристалла, сложенные вместе гипотенузными гранями так, чтобы оси г' были ориентированы в противоположные стороны. И если электрическое поле приложить к кристаллу вдоль оси е', то показатель преломления в г 3 и верхней призме для луча ! в этом случае п, = и„— О,опогэзЕ,. Для нижней призмы п, = по + О,бпзог„Е,.
Если считать, что /)п = и,— 3 — и, то получим угол отклонения 1 = — 1„рбп/а = 1ирпогезЕ,/а. 2 Теперь обратимся к основным параметрам дефлекторов. К наиболее важным из них относятся: закон сканирования (круговая, строч- 231 иая или какая-либо другая развертка); амплитуда угла отклонения 1 и разрешакнцая способность Ж; частота сканирования (,„; быстродействие (а; допустимая линейная апертура О, сканируемого лазерного луча; допустимая угловая расходимость луча у„; спектральный оптический диапазон длин волн А)о; управляющие электрическое напряжение (/ и ток 1; коэффициент пропускания излучения та. Амплитуда угла отклонения 1 характеризует угловое перемещение светового пучка в пространстве. Для оценки допустимой расходимости обычно используют критерий Рэлея, согласно которому расходимость ух = Ро/(пх)х), где $ — коэффициент, зависящий от формы пучка (для пучка круглого сечения $ = 1,22); Хо — длина волны излучения; и — показатель преломления кристалла.
Разрешаюи1ая способность )т' дефлектора при одномерном сканировании и отсутствии искажений, вносимых дефлектором в апертуру пучка, определяется отношеннем амплитуды отклонения к допустимой угловой расходимости: М = (гу,, Учитывая ум получаем 1пОт = ййо А'. Разрешающая способность — более важный параметр, нежели угол отклонения 1, так как последний может быть увеличен или уменьшен с помощью оптической снстемы, а величина У остается при этом неизменной. Частота сканирования )ся определяет число периодов колебаний луча при его пространственном перемещении за одну секунду. Линейная апертура Р, и допустимая угловая расходимость у, луча лазера определяют предельные значения всех параметров, при которых обеспечивается нормальная работа дефлектора.
К непрерывным дефлекторам также относятся устройства с изменяющимися во времени показателем преломления: различные треугольные и прямоугольные призмы и призмы с квадрупольными электродами, которые являются элементарными ячейками дефлекторов 1231. Амплитуда угла отклонения и разрешающая способность их зависят от оптической длины пути излучения в кристалле. Для увеличения оптической длины пути 1„(рис. 12.1, в) разрабатывают специальные блочные зеркально-преломляющие системы (рис. 12.1, г, д), состоящие из элементарных ячеек, в которых оптическая длина ~.о = у(„о, где д — число прохождений излучений через одну и ту же длину кристалла. Тогда амплитуда угла отклонения луча и разрешающая способность дефлектора: смвх 2У(~оба/а ~ 291,опаогоаЕ,10,; (12. 2) 2у(орби!(Ро) ~ 2ц(ярпд~оаЕо1Оо) ° (12. 3) где О, — а — апертура входящего в кристалл излучения.
Возможны различные способы отклонения лазерного излучения, однако далее подробно рассмотрим только дискретное отклонение луча. 232 22.2. Дискретный оптический дефпектор Способ дискретного отклонения служит для адресного управления лазерным излучением в системах отображения информации. Дискретные дефлекторы основаны на управлении поляризацией излучения в элементарной ячейке, которая состоит из поляризатора 1, поляризационного переключателя П и отклоняющего элемента Ш (рис.
12.2, а). Поляризатор предназначен для превращения излучения в линейно-поляризованное. Если луч лазера линейно-поляризован, то поляризатор не нужен. Поляризационный переключатель служит для изменения направления поляризации входящего луча на 90' при воздействии на него управляющего электрического или магнитного поля.
Поэтому он может быть изготовлен из материала, характеризующегося электроили магнитооптическим эффектом. С помощью отклоняющего элемента производят пространственное или угловое разделение излучения с взаимно ортогональной поляризацией. Для отклоняющего элемента может быть использована призма Волластона, Наиболее подходящими материалами для отклоняющих элементов являются кальцит, нитрит натрия, исландский шлат или кристаллический кварц. Дискретный дефлектор обычно состоит из нескольких элементарных ячеек, расположенных друг за другом на пути проходящего излучения (см. рис. 12.2, а).
Если т„ячеек отклоняют луч в заданном направлении, а та последовательно расположенных ячеек — в направлении, перпендикулярном к заданному, то получится матрица (М! = 2"' 2 о возможных положений выходного излучения. Число отклоняющих элементарных ячеек дискретного дефлектора определяется допустимой интенсивностью фонового излучения, возникающего в электрооптических переключателях. Параметры дискретных поляризационных дефлекторов аналогичны параметрам непрерывных дефлекторов. Это количество применяемых элементарных ячеек; разрешающая способность Ж элементов„ рабочая длина волны Хо излучения лазера; быстродействие Ь; коэффициент пропускания излучения тп,' фоновая засветка в отключенных элементах, характеризуемая отношением фонового и входящего па- Рис.
12.2. Элементарная дяскретяая ячейка (а) я схема даухкаскадаого оптического дефлектора (б) 233 токов излучения (ФфгФ,„)1 полувояновое напряжение переключения излучения. Полуволновое напряжение (»гхп (гн аы ~ в1(2по71 7) (12.4) для переключателей, в которых используется продольный электро- оптический эффект, и гьз их,= 2ясг 17 кр з (12.5) для переключателей, где применяется поперечный линейный электро- оптический эффект в кристаллах симметрии 42т (717 —— 7„) и симметрии 431п (гп —— 7„).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
