Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники (1990) (1151950), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Необходимая поляризационная селекция излучения может быть обеспечена за счет отражательных свойств светсделителей. Ориентировочные значения погрешности измерения в такой схеме составляют для степени поляризации 1»», элляптичности — 10%„ азимута — 2»л( втв ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ Г л а в а И ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛАЗЕРОВ Под управлением излучением лазеров понимается процесс, в результате которого происходит изменение одного или нескольких параметров лазерного излучения. К таким параметрам можно отнести амплитуду, фазу, частоту, угловую расходимость, поляризацию, длительность импульса, направление распространения излучения лазера. Поэтому приборы управления по их функциональному назначению подразделяются иа две большие группы.
К первой относятся приборы, позволяющие изменять амплитуду, фазу, частоту, поляризацию, длительность импульса излучения лазеров. Зтн приборы называются модуляторами. Вторую группу составлщот приборы, позволяющие изменять направление распространения луча в соответствии с желаемым законом. Такие приборы называются дефлекторами. 11.1. МОДУЛЯТОРЫ Конструктивно модуляторы света могут располагаться как вне лазера в виде самостоятельного устройства, так и внутри резонатора, являясь составным элементом лазера. В первом случае управление параметрами излучения осуществляется после выхода луча из резонатора лазера, во втором случае — в процессе формирования луча в резонаторе. По принципу действия модуляторы классифицируются по применяемому в ннх физическому эффекту, Так, в настоящее время разработаны модуляторы света на основе электро-, магнитои акустооптического эффектов„а также эффектов на основе расщепления спектральных линкй под действием магнитного нли электрического полей.
Однако широкое практическое использование находят модуляторы на основе электро- и акустооптического эффектов. Электрооптические модуляторы. К основным рабочим характеристикам модуляторов этого типа относятся следующие. 1. Глубина или степень модуляции т1, являющаяся одной из самых важных характеристик. Б случае модуляции по интенсивности, когда приложенный электрический сигнал действует с целью уменьшить интенсивность проходящего света, величину ц находят по формуле 273 где 1 — интенсивность прошедшего света; 1, — интенсивность света, прошедшего через модулятор в отсутствие электрического сигнала.
Если приложенный электрический сигнал увеличивает интенсивность проходящего света, то величина т) равна ) = Р— 1.У1 где 1 — интенсивность проходящего света при приложении максимального электрического сигнала. Максимальная глубина модуляции, или коэффициент ослабления, определяется выраже- ниями: 0,,-(1.— 1 Ш. при 1 <1; пизх = ~1ш 1а)/1т. Можно также рассчитать глубину модуляции для фазовых модуляторов, поскольку изменение фазы можно связать с изме- нением интенсивности в виде функции. Для ннтерференпионных модуляторов глубина модуляпии описывается функцией и = з)п' (А~р12), где Л<р — изменение фазы. Для частотных модуляторов максимальная девиация будет 1~шах = ! тт — та )Р~ъ где ч, — оптическая несущая частота; ч — смещенная оптиче- ская частота, соответствующая приложению максимального элек- трического поля.
2. Полоса пропускания, или диапазон частот модуляции. Обычно считают, что полоса пропускания модулятора определяется разностью между верхней и яижней частотами, при которой глубина модуляции уменьшается на 50% ее максимального зна- чения. 3. Потери, вносимые модулятором. Потери, как правило, вы- ражаются з децибеллах. Онн задаются выражением 1, = ~0)я (1,.11,)', где 1, — интенсивность света в отсутствие модулятора; 1,— передаваемая интенсивность пря наличии модулятора, но без приложенпого электрического сигнала, Для модуляторов, у которых при приложении электрического сигнала увеличивается интенсивность проходящего света, потери определяются формулой 1; = 10 )й (1 314, где 1 — передаваемая интенсивность, соответствующая прило- жению максимального электрического сигнала. Вносимые потери являются оптическими.
Однако в конце концов они приводят к увеличению электрической энергии, подводимой к модулятору. 4. Потребляемая мощность. Для модуляторов потребляемая электрическая мощность увеличивается с увеличением частоты 274 модуляции. Характерным показателем поэтому является потребляемая мощность на единицу ширины полосы модуляции, т, е. Р/Л~ (мВт~мГц1. Б. Изоляция.
Это характеристпка изоляции между различными входами и выходамн модулятора. Изоляция между входом и выходом является максимальной глубиной модуляции. Ее обычно выражают в децибеллах. Явление, на котором основано действие электрических модуляторов, связано с изменением показателя преломления вещества под действием приложенного электрического поля, В общем случае этот эчфект является анизотропным и имеет как лилейную составляющую (эффект Поккельса), так и нелинейную (эффект Керра).
В твердых кристаллических веществах изменение показателя преломления, обусловленное линейным электрооптическим эффектом, можно характеризовать изменением компонент оптической иидикатрисы кристалла, Уравнение эллипсоида показателей преломления в присутствии электрического поля имеет вид (1~из)х хз+ (1/пз)зуз+ (1/пз) зь+ 2 (1/пь)4 уз -1- + 2 (1/л'), ха + 2 (1/и')з ху = 1, Если оси х, у и з выбирать параллельно главным осям кристалла, линейное изменение коэффициентов, обусловленное введением электрического полн Е, описывается выражением: з Л (1/п')~ ~ гмЕ, (11.1) / 1 где 1 = 1, 2, 3, 4, б, 6; / = 1, 2, 3 (в соответствии с осями координат х, у и г); гц — компоненты электрооптического тензора (электрооптический модуль) линейного электрооптического эффекта. Если выражение (11.1) представить в матричной форме бх3 (г;.1, то такая матрица называется электрооптическим тенвором.
Можно показать, что линейиь:й электрооптический эффект существует лишь в кристаллах, не обладающих ипверснои симметрией. Даже в случае иецеитросимметричных кристаллов для большинства классов симметрии лишь несколько компонент элсктрооптического теизора отличны от нуля. Для кристаллов симметрии 43гл отличны от нуля только элементы геь гм и гев причем гм = г„= гм.
Поэтому при проектировании электрооптических модуляторов необходимо тщательно выбирать как тип материала, так и его ориентацию относительно приложенного электрического поля. Такие материалы, как баАз, бар, 1.11чЬО„(.1ТаО, и кварц, имеют малые оптйческие потери и большие коэффициенты Поккельса. Таким образом, в электрооптнческих модуляторах широко используется линейный злектрооптнческий эффект. Нелинейный (квадратичный) электрооптический эффект Керра выражен сравнительно слабо у большинства материалов, используемых для изготовления модуляторов.
К тому же нелинейная 275 зависимость от электрического поля вводит нежелательное искажение в модулированный сигнал. Таким образом, этот факт ограничивает использование эффекта Керра во многих случаях применения. Известно, что скорость распространения света в среде обратно пропорциональна показателю преломления. Компоненты световой волны с ортогоиальными поляризациями при прохождении через кристалл толщиной ! получают фазозую задержку, равную Г = (2п/?) (аг — а,) !, (1 1.2) где л~ и л, — показатели преломления для волн с ортогональными поляризациями.
Пря приложении электрического поля вдоль оптической оси кристалла в случае линейного электрооптического эффекта возникающая разность фаз двух компонент светового пучка равна Г = 2итфззЕв1/Аь (1!.3) где Е, — напряженность электрического поля вдоль осн г. Поскольку Е = У/!, где У вЂ” приложенное напряжение, то выражение (!1.3) можно представить в виде Г = 2пл3гззУ/Х. (11 4) Если линейно поляризованная волна, пройдя через электро- оптический кристалл, приобретает дополнительную разность фаз и останется линейно поляризованной, то ее плоскость поляризации повернется на 90'.
Можно определить напряжение, необходимое для такой фазовой задержки. Положив в (11.4) Г = а, получим Умэ = Х/(2пзгбз). (11.5) Данное напряжение называется полуволновым, оно является справочным параметром для электрооптических материалов. Работа электрооптического модулятора состоит в следующем.
Если на злектрооптический кристалл вдоль оптической оси падает линейно поляризованная волна и приложенное напряжение У = О, то показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей совпадают. Это приведет к тому, что положение плоскости поляризации света после прохождения кристалла не изменится. При приложении к кристаллу полуволнового напряжения плоскость поляризация повернется на 90. Кристалл помещают между двумя поляризаторами, плоскости поляризации которых по отношению друг к другу составляют и/2, Если плоскость поляризации световой волны на входе совпадает с положением плоскости поляризации первого поляризатора, то после второго поляризатора интенсивность световой волны будет максимальной.
Если же приложенное напряжение будет равно нулю, то иа выходе после второго поляризатора света не будет. 276 При промежуточных значениях приложенного напряжения интенсивность света после второго поляризатора будет изменяться по закону / /, з(пз Г/2, где / — интенсивность света иа выходе; 1, — интенсивность света на входе модулятора. Таким образом, при изменении напряжения, подаваемого на модулятор, можно осуществить полную модуляцию светового потока при минимальных нелинейных искажениях сигнала. Формула (11.5) справедлива для продольного электрооптического эффекта, когда направление приложенного электрического поля совпадает с направлением светового потока. Для поперечного электрооптического эффекта, когда направление приложенного электрического поля перпендикулярно к направлению светового потока, выражение для полуволиового напряжения будет иметь внд 1/ьм = Р/(пагзз)) (2~(/1), где И вЂ” толщина кристалла.
Поскольку практически д < 1, то значение Уьм уменьшается для поперечного эффекта в 1/2г/ раз. Отсюда видно, что в выпускаемых промышленностью электро- оптических модуляторах используется поперечный электрооптнческий эффект. К тому же следует отметить, что свет распространяется перпендикулярно к оптической осн кристалла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
