Методы управления временными характеристиками импульсно-периодического Nd3+YAG лазера с накачкой диодными матрицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
яться только истинный электрооптический эффект [6].
Квадратичный электрооптический эффект характеризуется тензором четвертого ранга Rijkl. Он проявляется во всех материалах, в том числе в газах, жидкостях, аморфных и кристаллических твердых телах. Квадратичный электрооптический эффект известен также как эффект Керра. Изменение показателя преломления, вызванное квадратичным эффектом, обычно значительно меньше, чем изменение от линейного эффекта (за исключением случаев, когда последний отсутствует).
Данные электрооптические эффекты - линейный (Поккельса) и квадратичный (Керра) - обладают малой инерционностью и используются для модуляции и отклонения света. Постоянная времени истинного электрооптического эффекта определяется молекулярным временем релаксации и может составлять 10-10 с и менее.
На практике применяются две основные конфигурации направления электрического поля и распространения света относительно осей кристалла.
На рисунке 2.3.1 схема продольного электрооптического модулятора. В продольной конфигурации световой пучок и электрическое поле параллельны. В модулятор попадает поляризованный свет. Если исходный свет от используемого источника не поляризован, то применяется поляризатор. Анализатор ориентирован под углом 90 по отношению к поляризатору, чтобы не пропускать свет при отсутствии напряжения на модуляторе. При некотором значении напряжения, приложенного к электрооптическому элементу, плоскость поляризации прошедшего через затвор света может быть повернута на 90. В этом случае свет будет пропущен анализатором.
Рисунок 2.3.1 - Схема работы продольного электрооптического модулятора;
Например, в широко применяемых кристаллах КDР и DКDР при распространении света вдоль оптической оси фазовая задержка будет равна:
(2.3.7)
где no - показатель преломления;63 - электрооптический коэффициент, соответствующий выбранной конфигурации взаимодействия;
Е - напряженность электрического поля;- длина кристалла;
? - длина световой волны.
Очевидно, фазовая задержка пропорциональна напряжению, приложенному к кристаллу. Этот случай называется фазовой модуляцией. Если поместить кристалл между двумя скрещенными поляризаторами, выходная интенсивность будет подчиняться закону Малюса:
где - интенсивность света на входе модулятора.
Выходная интенсивность модулируется приложенным напряжением и в данном случае говорят об амплитудной модуляции. Максимальная выходная интенсивность достигается, когда фазовая задержка равна ? (половина длины волны). Можно заметить, что соответствующее напряжение: определяется только длиной волны и свойствами материала. В связи с этим или полуволновое напряжение часто используют как параметр, характеризующий эффективность материала для электрооптической модуляции. Продольная конфигурация практически полезна при модуляции широкоапертурных световых пучков, несмотря на некоторые проблемы, связанные с высокими управляющими напряжениями (до 10 кВ), с техническими сложностями нанесения прозрачных проводящих электродов или специальных кольцевых электродов для формирования продольного электрического поля, а также необходимостью защиты этих гигроскопичных кристаллов от атмосферной влаги.
В поперечной конфигурации электрическое поле перпендикулярно световому пучку, что достигается нанесением электродов на две боковые грани кристалла. В этом случае фазовая задержка определяется не только приложенным напряжением, но также и геометрией кристалла. В дополнение к более простой конструкции электродов поперечная конфигурация позволяет снизить управляющее напряжение в число раз, определяемое отношением длины кристалла L к его апертуре d (расстояние между электродами). Поэтому поперечная модуляция широко применяется для ряда кристаллов, таких, как LiNbO3, LiTaO3, BBO и КТР. Для оптимального выбора кристалла для такой ячейки следует принимать во внимание много параметров: рабочий диапазон длин волн, оптическая мощность, диапазон управляющих напряжений и частот модуляции, диэлектрические потери и др. Электрооптический кристалл, необходимым образом ориентированный, отполированный, с нанесенными просветляющими покрытиями и электродами монтируется в специальную ячейку с выводами для подключения управляющего напряжения, иногда с добавлением поляризационных элементов (призма Глана или фазовая пластина).
Поляризационные призмы простейшие поляризационные элементы, один из классов призм служат линейными поляризаторами - с их помощью получают линейно-поляризованное оптическое излучение. Обычно поляризационные призмы состоят из двух или более трёхгранных призм, по меньшей мере, одна из которых вырезается из оптически анизотропного кристалла, рисунок 2.3.2. Проходящее через них излучение преодолевает наклонную границу раздела двух сред, на которой условия преломления света для компонент светового пучка, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, резко различаются. В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могут выполняться условия полного внутреннего отражения, в результате чего через поляризационную призму проходит лишь другая компонента [7].
Рисунок 2.3.2 - Поляризационная призма Глана, АВ - воздушный промежуток
BBO один из наиболее часто применяемых электрооптических кристаллов, широко используется для преобразования частоты излучения и для создания п