Использование затворов Покельса и Керра для создания режима модулированной добротности в лазерном резонаторе
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
Реферат
Использование затворов Покельса и Керра для создания режима модулированной добротности в лазерном резонаторе
Введение
Все физические воздействия, способные ориентировать структурные элементы первоначально изотропного вещества, могут вызывать возникновение искусственной оптической анизотропии. Остановимся кратко на основных способах формирования искусственной оптической анизотропии.
1. Электрооптические эффекты
магнитооптический модулятор свет резонатор
Электрооптический эффект - это появление оптической анизотропии первоначально изотропного вещества при помещении его в электрическое поле. Наблюдаются электрооптические эффекты двух типов: линейный и квадратичный.
Эффект Поккельса
- линейный электрооптический эффект, который удаётся наблюдать только в пьезоэлектрических кристаллах. Пьезоэлектриками называются вещества, сжатие или растяжение которых по определённым направлениям сопровождается появлением электрической поляризации (т.н. прямой пьезоэффект) и наоборот, приложение электрического поля вызывает растяжение или сжатие кристалла по направлению поля (обратный пьезоэффект).
То есть эффектом Поккельса называется изменение показателя преломления света в кристалле под действием электрического поля, причём это изменение пропорционально напряжённости электрического поля. Как следствие эффекта Поккельса в кристалле появляется двойное лучепреломление или меняется его величина, если кристалл был двулучепреломляющим в отсутствие поля. [1]
Изменение показателя преломления кристаллов под действием внешнего электрического поля происходит исключительно за счёт анизотропных свойств кристаллов. Под действием постоянного электрического поля электроны смещаются в сторону того или иного иона (в случае кристалла ниобата - типичного пьезоэлектрика - лития LiNbOg - это ион Li или Nb), при этом меняется поляризуемость среды и связанный с ней показатель преломления. В первом приближении это изменение линейно относительно внешнего электрического поля.
Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центром симметрии. Вследствие линейности эффекта относительно внешнего поля Eэл при изменении направления поля на противоположное должен меняться на противоположный и знак изменения показателя преломления An. Но в кристаллах с центром симметрии это невозможно, так как оба взаимно противоположных направления внешнего поля физически эквивалентны. Кристалл можно поместить между двумя скрещенными поляроидами таким образом, что в отсутствие внешнего электрического поля пропускание света системой будет равно нулю. При подаче на кристалл внешнего поля появится наведённое двулучепреломление, которое изменит поляризацию прошедшего через кристалл света, и такая система начнёт пропускать свет. На этом принципе основаны многочисленные применения эффекта Поккельса в лазерной технике для оптических модуляторов, затворов и других устройств, управляющих лазерным излучением. Поскольку эффект Поккельса связан с изменением электронной поляризуемости под действием электрического поля, то он практически безынерционен - быстродействие устройств на его основе меньше 10-9 с.
Если перед кристаллом, помещённым между скрещенными поляроидами, расположить линзу или матовую пластинку, после которых лучи будут рассеиваться под различными углами, то на экране, расположенном за поляроидом, мы увидим тёмные концентрические окружности (коноскопическую картину) - результат интерференции обыкновенной и необыкновенной волн, точнее, проекцию их электрических полей на разрешённое направление выходного поляроида. В нашем эксперименте используется лазер, излучение которого поляризовано, поэтому входной поляроид можно не ставить.
Разность фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами, приобретаемая при прохождении через кристалл длиной l, равна
Поскольку связь между деформацией кристалла и напряжённостью электрического поля для пьезоэлектриков линейна, по аналогии с упругооптическим эффектом имеем:
nе - nо = K2Е,
где
E - величина напряжённости электрического поля,
K2 - постоянная Поккельса.
Для типичного пьезоэлектрика - ниобата лития LiNbO3 - величина постоянной Поккельса K2 = 3,7?10-10 м/В. [1]
Эффект Керра - квадратичный электрооптический эффект
Возникновение двойного лучепреломления в жидкостях и аморфных прозрачных телах под воздействием электрического поля было открыто Керром в 1875 г. (эффект Керра) и нашло широкое применение в практической деятельности.
Схема установки Керра показана ниже
Между двумя скрещенными поляризаторами П1 и П2, плоскость пропускания каждого из которых составляет угол с вертикалью, помещена ячейка Керра - исследуемая жидкость в кювете между горизонтальными обкладками конденсатора, на которые подается электрическое напряжение.
Эффект Керра наблюдается в жидкостях, стёклах, а также кристаллических веществах (не в пьезоэлектриках!).
В результате приложения к этим веществам электрического поля появляется оптическая анизотропия (оптическая ось направлена вдоль поля), прич?/p>