Использование затворов Покельса и Керра для создания режима модулированной добротности в лазерном резонаторе
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
?ра и составляет не менее 10^-4 с.
Оптические затворы взрывного типа позволяет открывать (закрывать) оптический тракт за время 10^-5-10^-6 с.
Наибольшее быстродействие (10^-9-10^-10 с) может быть получено при использовании в качестве оптического затвора Керра ячеек или кристаллов, обладающих эффектом Поккельса.
Оптические затворы - составная часть многих оптических приборов, фотоаппаратов, скоростных кинокамер.
Оптические затворы периодического действия используются в модуляторах света. [8]
4. Модуляторы света
Модуляция света - модуляция колебаний электромагнитного излучения оптического диапазона (видимого света, ультрафиолетового и инфракрасного излучений). При модуляции света изменяются амплитуда (и следовательно, интенсивность), фаза, частота или поляризация световых колебаний. В любом из этих случаев в конечном счёте меняется совокупность частот, характеризующая излучение, - его гармонический состав. Модуляция света позволяет нагружать световой поток информацией, которая переносится светом и может быть затем извлечена и использована. В принципе количество информации, которое можно передать, модулируя колебания какого-либо вида, тем более велико, чем выше частота этих колебаний (в частности, потому, что с возрастанием частоты модулируемых колебаний - т. н. несущей частоты - появляется возможность увеличить ширину полосы частот модулирующих сигналов; частоты модулирующих колебаний должны быть меньше несущей).
Во многих технических применениях частота модулирующего сигнала настолько мала по сравнению с частотой используемого оптического излучения, что изменение его гармонического состава пренебрежимо мало, и под модуляцией света понимают периодическое или непериодическое изменение лишь интенсивности излучения. Простейшим, известным с древности примером такой модуляции света является световая сигнализация с прерыванием светового потока.
В современной технике при подобной модуляции света часто важна форма оптических сигналов, которую выбирают наиболее удобной для выполнения конкретной задачи. Это могут быть кратковремеменные импульсы света, сигналы, близкие к прямоугольным, гармоническим и т.д.
Простейшими модуляторами света являются механические устройства, позволяющие прерывать на некоторые заданные интервалы времени световой поток. К ним относятся вращающиеся диски с отверстиями (обтюраторы), растры, колеблющиеся или вращающиеся заслонки, зеркала, призмы, а также устройства, в которых происходит управляемое модулирующим (не оптическим) сигналом нарушение оптического контакта.
Другой класс приборов, используемых для внешней модуляции света, составляют модуляторы, действие которых основано на управлении поглощением света в полупроводниках. Это поглощение зависит от концентрации и подвижности свободных носителей заряда в полупроводнике (свободных электронов и дырок) и может управляться изменением в нём напряжения или тока. Для создания модуляторов света перспективны также прозрачные ферриты и антиферромагнетики, изучение свойств которых началось в 60-е гг. 20 в.
Механические модуляторы обеспечивают максимальную прозрачность и глубину модуляции, но работают при частотах модулирующего сигнала не свыше 10^7 гц и не допускают быстрой перестройки частоты (узкополосны).
Полупроводниковые модуляторы в принципе могут осуществлять модуляцию света при частотах до 10^10-10^11 гц с шириной полосы, ограничиваемой только параметрами радиотехнической схемы, однако глубина модуляции света в таких модуляторах и их общая эффективность невелики вследствие большого поглощения света в полупроводниках и малой электрической прочности полупроводниковых материалов.
Наиболее часто для модуляции света используют эффекты, приводящие к изменению преломления показателя оптической среды под действием внешнего поля (модулирующего сигнала),
электрооптические (Керра эффект и Поккельса эффект),
акустооптический.
В модуляторах, работающих на этих эффектах, происходит фазовая модуляция света (с последующим преобразованием её в амплитудную модуляцию); поэтому их называют также фазовыми ячейками. Частоты модулирующих сигналов в большинстве оптических сред, заполняющих фазовые ячейки, могут достигать до 10^11 гц и более. [9]
5. Режим модулированной добротности в лазерном резонаторе
Любой лазер в принципе состоит из трёх основных элементов - активной среды, накачки, сообщающей ей способность усиливать световые колебания, и оптического резонатора, образованного двумя параллельными зеркалами, между которыми помещена активная среда. Зеркала резонатора возвращают излучёние обратно в активную среду, превращая оптический усилитель в генератор когерентного света - лазер. Одно из зеркал делают частично прозрачным для выхода излучёния.
В качестве активной среды твердотельных лазеров наиболее распространены рубин, стекло с примесью редкоземельного металла неодима и иттрий-алюминиевый гранат (также с примесью неодима). Из них наибольшей шириной линии усиления (то есть спектральным диапазоном, в котором может усиливать среда) обладает неодимовое стекло.
Добротность колебательной системы показывает, насколько велики потери энергии в ней. Чем выше сопротивление воздуха, тем быстрее затухают колебания маятника, тем меньше его добротность.
Резонатор, как и любая колебательная система, имеет характеристику, называемую добротностью Q. Она показывает, нас