2. Линейный электрооптический затвор (лэз)

В работе изучается действие моноблочного амплитудного модулятора на основе кристалла DKDP. Модулятор выполнен в виде параллелепипеда, вытянутого в направлении кристаллографической оси Z. Передний торец выполнен перпендикулярно оси Z, а задний (скос) вырезан под углом 45º к осям X и Z и образует призму полного внутреннего отражения.

Рис. 6.3. Ход лучей в модуляторе при нулевом управляющем напряжении.

Волны с ортогональными поляризациями отражаются от наклонной поверхности призмы под разными углами. Волна, поляризованная в плоскости YOZ и соответствующая обыкновенному лучу, отражается под углом падения (45º) и выходит по нормали к боковой поверхности, в отличие от необыкновенной волны, поляризованной в ортогональной плоскости (XOZ), для которой угол отражения превышает угол падения, поэтому этот луч идет в сторону (см. рис. 6.3), т.е. лучи с ортогональными поляризациями разделяются в пространстве, что делает возможным использование таких сред в качестве поляризаторов. Таким образом, кристалл описанной конструкции объединяет функции, собственно, элемента электрооптической модуляции и поляризатора, если один из лучей на выходе подавляется.

Рассмотрим модуляционные свойства такого затвора. Будем считать, что падающая волна линейно поляризована в плоскости (XOZ) и распространяется вдоль оптической оси (Z). В том случае, если волна не поляризована, необходимо использовать дополнительный поляризатор. При таких условиях излучение на выходе из кристалла будет распространяться под углом к нормали его выходного окна (необыкновенный луч). Если рассматривать данную ситуацию относительно второго луча, который должен выходить по нормали, то можно говорить, что отражение от скоса эквивалентно действию анализатора на выходе из кристалла (без скоса), плоскость пропускания которого ортогональна плоскости поляризации падающей волны (поляризатор и анализатор скрещены).

Центральное сечение оптической индикатрисы при приложении электрического поля, приведено на рис. 6.1. Там же указана плоскость поляризации падающей волны (поляризатора) и эквивалентного анализатора. Собственные волны кристалла являются линейно поляризованными вдоль полуосей эллиптического сечения индикатрисы. Поле результирующей волны на выходе из кристалла будет являться суперпозицией проекций полей собственных волн на направление пропускания анализатора:

, (6.12)

где L - длина кристалла, Δφ - разность фаз определяемая согласно (6.10), k₀ - волновое число в вакууме, . В результате, для результирующего поля имеем:

.

Далее для интенсивности

, (6.13)

где усреднение проводится по периоду колебаний . Последнее выражение определяет зависимость коэффициента пропускания электрооптической ячейки от приложенного напряжения - статическую модуляционную характеристику.

3. Экспериментальная установка

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 6.4. В качестве электрооптической среды используется кристалл дейтерированного дигидрофосфата калия (KD₂PO₄). Кристалл (4) размещается между поляризатором (2) и анализатором (3), тем самым образуется электрооптическая ячейка. Оправа кристалла позволяет создавать внутри него электрическое поле (продольное оптической оси), для чего имеются соответствующие электроды, к которым подключается источник высокого напряжения (6).

ВНИМАНИЕ: конструкция оправы кристалла не допускает подачу напряжения более 5 кВ, поэтому КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПРЕВЫШАТЬ это значение.

Поляризатор и анализатор располагаются таким образом, что их плоскости пропускания ортогональны, поэтому излучение полупроводникового лазера (1) (мощностью 3 мВт, λ=650 нм) пропускаться ячейкой не будет. При приложении электрического поля, вследствие электрооптического эффекта, состояние поляризации излучения на выходе из кристалла будет изменяться, так что оно будет проходить через анализатор. Измеритель мощности (5) позволяет измерять мощность оптического излучения на выходе электрооптической ячейки.

Рис. 6.4. Схема экспериментальной установки: 1 – полупроводниковый лазер; 2 – поляризатор; 3 – анализатор; 4 – кристалл DKDP; 5 – ИМО-2Н; 6 – источник высокого напряжения.