Материал: Sb95840

жим коллинеарных полей.

Рассмотрим, как будет изменяться пропускание ЭОМ в зависимости от

нулевом управляющем напряжении (сдвиг фаз Δφ = 0) напряженность поля на выходе будет изменяться по закону E Em sin ан , а мощность, соответ-

ственно, P Pm sin2 ан (рис. 3.2).

Pτ

Δφ = 0

Pτ

Pmax

Δφ = π

При исходная линейная поляризация станет круговой, значение

2

вектора E будет в 2 меньше амплитудного значения и выходная мощность не будет зависеть от угла поворота анализатора. При будет реализован режим коллинеарных полей, напряженность поля на выходе будет изме-

26

няться по закону E Em cos ан , а мощность P Pm cos2 ан .

В целом с ростом управляющего напряжения и соответствующего изменения разности фаз исходная линейная поляризация будет последовательно

преобразовываться в эллиптическую, круговую при 2 , затем вновь в эл-

липтическую и, наконец, линейную, перпендикулярную исходной поляриза-

ции (рис. 3.3).

E Emax

2

Δφ = 0; 2π; 4π Δφ = π/4 Δφ = π/2 Δφ = 3π/4 Δφ = π

Рис. 3.3. Изменение поляризации на выходе кристалла

Напряжение U / 2 , при котором , называется напряжением полуволнового смещения или полуволновым напряжением. Для режима скрещенных полей могут быть реализованы условия:

U = 0 = 0 P = 0 – запирание (затемнение) ЭОМ;

U = U0 = P = P0 – отпирание (просветлении) ЭОМ.

Из выражения для сдвига фаз Δφ напряжение Uλ/2 определяется как

Отсюда для режима скрещенной ориентации плоскостей пропускания анализатора и поляризатора для мощности пропускания модулятора получим:

27

(либо от 1 до 0). В реальных ЭОМ max 1 из-за потерь излучения за счет поглощения и рассеяния в кристалле, а также отражения от его торцов. При запирании ЭОМ через него просачивается некоторый остаточный поток Pост 0 , обусловленный неидеальностью исходной линейной поляризации

( E|| / E ), неравенством амплитуд поля “обыкновенного” и “необыкно-

венного” лучей ( Eomax Eemax ), краевыми эффектами, ограничивающими максимально допустимый диаметр входного лазерного пучка, неточность юстировки кристалла и т. п. В итоге min 0. Окончательно проходящая через ЭОМ мощность будет определяться как

Поведение переменных составляющих выходной мощности при гармонической модуляции управляющего напряжения U зависит от положения рабочей точки на характеристике пропускания. Типичными являются режимы: линейный, удвоения частоты и искажения.

Предельно допустимые диаметры пучков не превышают единиц миллиметров (до 10…12 мм). Предельная облученность в пучке 106…107 Вт/м2. Полуволновое напряжение ЭОМ имеет порядок десятков–тысяч вольт. При значительном превышении U /2 возможен электрический пробой кри-

сталла. Типичные значения пропускания ЭОМ в режиме полного просветления не превышают 60–80 %. Существенным достоинством ЭОМ является широкая полоса частот модуляции, доходящая до сотен мегагерц. Это обу-

28

словлено малой инерционностью самого электрооптического эффекта, определяемой временем молекулярной релаксации порядка 10–10 с.

τЭОМ

Скрещенные поля

Рис. 3.5. Зависимость пропускания ЭОМ от приложенного напряжения

Для обеспечения линейного режима модуляции излучения лазера внешним гармоническим сигналом, подаваемым на ЭОМ, рабочую точку располагают на середине линейного участка характеристики пропускания при = /2 (рис. 3.6). Необходимое для этого постоянное напряжение смещения называется четвертьволновым и равно U0/2. При четвертьволновом смещении обеспечивается без искажений наибольшая амплитуда переменной составляющей модулированного излучения.

1.0

Pm

0.5

t

Рис. 3.6. Характеристика пропускания ЭОМ

29

При напряжениях смещения, соответствующих экстремумам характеристики пропускания ЭОМ, наблюдается эффект удвоения частоты модулированного излучения. Нелинейность характеристики пропускания ЭОМ= f (U) может приводить к искажению формы модулированного сигнала излучения при неправильно выбранном напряжении смещения или чрезмерно большой амплитуде модулирующего сигнала. Следует отметить, что из-за отражений от элементов модулятора и несовершенства используемых кристаллов пропускание ЭОМ в режиме полного просветления отличается от единицы. Рассеяние излучения в кристалле, его естественное двулучепреломление, а также неидеальность поляризационных характеристик анализатора и исходного лазерного пучка исключают и режим полного затемнения.

Описание лабораторной установки. Лабораторная установка включа-

ет в себя маломощный гелий-неоновый лазер ( = 633 нм) с вертикальной линейной поляризацией излучения (рис. 3.7), укрепленный на оптической скамье соосно с ЭОМ и фотоприемником. ЭОМ выполнен на основе кристалла KDP. В установке используется пленочный анализатор из дихроичного материала. Крепление анализатора в модуляторе обеспечивает его вращение вокруг оси лазерного пучка на 360°. Область прозрачности модулятора 350...1200 нм. Напряжение полного просветления на длине волны 633 нм не более 700 В; потери света в режиме полного просветления – не более 30 %; остаточный уровень светового потока в режиме полного затемнения – не более 7 %. Возможный диапазон частот модуляции 0.01...100 МГц.

Кристалл KDР снабжен двумя электродами, нанесенными на противоположные боковые грани. При подаче на электроды управляющего напряжения в кристалле создается поперечное электрическое поле по отношению к направлению распространения лазерного пучка. Регулируемое напряжение

30