Модуляція оптичного випромінювання
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
від температури активної речовини. Цей засіб, що називається термічним, заснований на зміні енергетичних рівнів із зміною температури. Різниця між енергетичними рівнями визначає частоту коливань, тож змінюючи температуру активної речовини лазера, можна змінювати його частоту. Цей засіб є дуже інерційним і має в основному теоретичний інтерес.
Зміна частоти випромінювання можлива під дією магнітного поля (ефект Зеємана). Внаслідок дії магнітного поля спектральна лінія випромінювання лазера розщеплюється на три складові. Для широкополосної модуляції з використанням ефекту Зеємана потрібні відносно потужні магнітні поля, тож необхідні громіздкі та потужні прилади.
Аналогічно для частотної модуляції може бути використаний ефект Штарка, що полягає в розщепленні і зміщенні енергетичних рівнів при накладенні потужного електричного поля. При цьому для зміни частоти на декілька гігагерц потрібна напруженість електричного поля до 105 - 106 В/см. Частотна модуляція може бути здійснена також зміною параметрів оптичного резонатора. Ці засоби модуляції є внутрішніми, бо зміна параметра випромінювання (частоти) відбувається в процесі генерації випромінювання.
Для зовнішньої модуляції оптичного випромінювання застосовуються спеціальні прилади модулятори, в яких використовуються різноманітні ефекти взаємодії оптичного випромінювання з речовиною (рис. 2). У більшості випадків зовнішня модуляція світла заснована на зміні дійсної або уявної частин діелектричної проникності середовища. Це призводить до модуляції фази або амплітуди світла, що пройшло крізь модулятор.
Більшість оптичних модуляторів можуть бути виконані у будь-якому виконанні: об?ємному, планарному або волоконному; виняток складають модулятори на основі монокристалічних середовищ, їх волоконне виконання є проблематичним, бо потребує вирощування монокристалів у вигляді волокон. Планарні та смугові модулятори застосовуються в приладах обробки інформації, застосування їх в ВОСП передбачається у перспективі.
Для оптичних модуляторів використовуються оптично анізотропні речовини. Оптичною анізотропією зветься залежність оптичних властивостей середовища від направлення розповсюдження хвилі та її поляризації. Вона зумовлена електричними або магнітними властивостями середовища. Характерною особливістю таких речовин є відмінність показника заломлення для різних напрямків разповсюдження хвилі. Це явище визначає також залежність фазової швидкості світла від властивостей середовища, в якому воно розповсюджується. В оптичних модуляторах найчастіше використовується залежність показника заломлення середовища n від зовнішніх впливів, наприклад, від напруженості електричного або магнітного полів.
В таких середовищах вектори електричного (магнітного) поля та індукції в загальному випадку не паралельні і повязані тензорним співвідношенням
,, (1)
де , - тензори діелектричної та магнітної проникностей.
Загалом (1) має вигляд:
,
, (3)
,
де - діелектрична проникність вакууму.
Елементи в (2) характеризують анізотропне діелектричне середовище і складають тензор діелектричної проникності. Аналогічні співвідношення можна навести для векторів і. Тензор діелектричної проникності є симетричним,тобто Діагональні компоненти тензора ,, звуться головними значеннями тензора відносної діелектричної проникності, а відповідні , , головними показниками заломлення і дорівнюють головним осям еліпсоїда уздовж напрямків x, y, z. Цей еліпсоїд визначає поверхню постійної щільності енергії і називається еліпсоїдом показників заломлення (рис 3), для якого виконується рівняння
. (3)
Довжини напівосей еліпса дорівнюють головним значенням показника заломлення кристала. Слід відмітити, що ізотропне середовище характеризується сферичною поверхнею показника заломленя, тобто не залежить від напрямку. На практиці більшість електрооптичних кристалів є одноосними в тому змісті, що вони мають одну головну вісь (звичайно вісь z).
Діелекрична проникність уздовж осі дорівнює , а в перпендикулярних напрямках не залежить від вибору осей (), еліпсоїд показників заломлення у цьому разі є еліпсоїдом обертання. Такі кристали мають два головних значення показника заломлення: та . Хвильовий вектор , хвилі що розповсюджується, можна розкласти на дві компоненти уздовж осей еліпса, тоді одна компонента хвильового вектора нормальною до головної площини, а друга - паралельна їй. Інакше, у хвилі можна виділити дві складові поляризації: одна відповідає коливанням електричного поля перпендикулярно до головної площини (звичайна хвиля ), друга - коливанням вектора Е паралельно до цієї площини. Для будь-якого кутового напрямку ? хвильового вектора (рис. 2) коливання звичайної хвилі спрямовані вздовж головної осі еліпсоїда показників заломления (вісь у), що відповідає звичайному показнику заломлення. Друга вісь еліпса змінюється із зміною кута ?, але її значення завжди знаходиться поміж та , це значення називається незвичайним показником заломлення.
Отже, внаслідок оптичної анізотропії у середовищі виникає подвійне променезаломлення, тобто існує такий напрямок у речовині (z), по якому плоскополяризований промінь світла, що входить в це середовище, перетворюється у два, що розповсюджуються в тому ж напрямку, плоско- поляризованих променів, у яких площини поляризації взаємно перпендикулярні та у загальному випадку не співпада