Дефлектор лазерного луча

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир Михайлович Шелег Александр Устинович Голякевич Татьяна Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(56) ЛИУ С.Г. и др. // Труды Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. - 1965. - Т.53,5. С. 603-605.5537 С 1, 2003.739461, 1980.593174, 1978.917004, 1982.980574 А, 1983.5802223 , 1998. БОДНАРЬ И.Т. и др. // Инженерная физика. - 2006. -1. - С. 32-38.(57) Дефлектор для управления лазерным лучом, содержащий между массивными металлическими электродами монокристаллический активный элемент, выполненный из дифосфида цинка или кадмия тетрагональной модификации, и с термически индуцированным в пространстве и во времени градиентом показателя преломления, при этом угол отклонения луча прямо пропорционален толщине и показателю преломления активного элемента при заданных длительности и амплитуде импульсов, а также расстояниях луча от контактов. Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к дефлекторам ИКизлучения, и может быть использовано в оптической электронике для управления лазерным лучом. Известен акустооптический дефлектор для отклонения лазерных пучков, управления их длиной волны и мощностью 1. Дефлектор содержит светозвукопровод из кристалла двуокиси теллура, имеющего форму шестигранника, на противоположных первой и второй боковых гранях которого размещены соответственно пьезопреобразователь из ниобата лития, имеющий форму шестигранника, и звукопоглотитель, электроды и корпус с токоподводами, подключенными к генераторам высокочастотного сигнала или генератору с перестраиваемой частотой высокочастотного сигнала. Путем двух последовательно установленных акустических дефлекторов, в которых второй дефлектор повернут на угол 90 относительно первого дефлектора вокруг оси пучка, расширяется полоса рабочих частот дефлектора. 12388 1 2009.10.30 К недостаткам указанного устройства (дефлектора) следует отнести достаточно сложную конструкцию, использование двух ориентированных кристаллов в виде шестигранников, грани которых должны иметь определенные не только углы по отношению к падающему пучку, но и геометрические размеры. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является дефлектор с термически индуцированным в пространстве и времени градиентом показателя преломления, содержащий активный элемент на основе монокристаллического соединения, расположенный между массивными электродами 2. В указанном дефлекторе активный элемент выполнен из однородного кристалла арсенида галлия с торцовыми омическими контактами, являющимися хорошими термоотводами. Градиент показателя преломления, направленный по нормали к падающему лучу, в объеме арсенида галлия создается путем подачи на контакты импульсного напряжения. Угол отклонения оптического луча этим дефлектором прямо пропорционален толщине активного элемента и величине градиента показателя преломления, т.е., гдеугол отклонения,- толщина кристалла,- показатель преломления, х - длина кристалла. С другой стороны, градиент показателя преломления зависит от длительности импульсов напряжения, от физических свойств кристалла и изменяется с изменением расстояния луча от контактов. Изменяя длительность импульсов приложенного напряжения,можно варьировать угол отклонения светового пучка. Максимальное отклонение лазерного луча 1,15 мкм в образце арсенида галлия толщиной 0,25 мм и сопротивлением 50 Ом на расстоянии 0,5 мм от контакта при приложении импульсного напряжения с амплитудой 25 В и длительностью импульсов 10 мс составляет 0,15. Дефлектор на основе арсенида галлия работает в области пропускания(1-15 мкм). Недостатком дефлектора на основе арсенида галлия является небольшая величина угла отклонения луча, приходящаяся на единицу толщины кристалла. Другой недостаток относительно большая потребляемая электрическая мощность. Оптический диапазон отклоняемых лучей ограничен областью прозрачности арсенида галлия (1-15 мкм). Кроме того, значительные углы отклонения достигаются при прохождении луча через кристалл арсенида галлия небольшой толщины на очень малом расстоянии от контакта, что требует точности юстировки. Задача настоящего изобретения состоит в увеличении угла отклонения оптического луча, снижении потребляемой электрической мощности, расширении оптического диапазона частот отклоняемых оптических лучей. В заявляемом дефлекторе решение этой задачи достигается тем, что в известном дефлекторе монокристаллический активный элемент выполнен из дифосфида цинка или кадмия тетрагональной модификации с термически индуцированным в пространстве и во времени градиентом показателя преломления, при этом угол отклонения луча прямо пропорционален толщине и показателю преломления активного элемента при заданных длительности и амплитуде импульсов, а также расстояниях луча от контактов. Сущность изобретения состоит в следующем. В предлагаемом дефлекторе монокристаллический активный элемент выполнен из нового материала (2 или 2), обладающего физическими свойствами (сильной зависимостью показателя преломления от температуры, низкой теплопроводностью), которые позволяют улучшить характеристики известного устройства. Величина угла отклонения лазерного луча в дифосфиде цинка и кадмия прямо пропорциональна толщине активного элемента и составляет 1,8 град/мм при подаче импульсов длительностью 10 мс с амплитудой 500 В и фиксированном расстоянии от контакта,равном 2 мм. Трехкратное увеличение угла отклонения на большем расстоянии от контактов по сравнению с арсенидом галлия достигается при уменьшении выделяемой электри 2 12388 1 2009.10.30 ческой мощности в 10 раз, поскольку 2 и СР 2 имеют высокое удельное сопротивление (108 - 1010) Омсм. Дифосфид цинка и кадмия имеют по сравнению с арсенидом галлия большую область прозрачности (0,615 мкм), что позволяет увеличить диапазон частот отклоняемых лучей. В таблице предоставлены основные характеристики дефлектора на основе арсенида галлия и предлагаемого дефлектора. Толщина Расстояние Длительность Угол отОбласть проАктивная активной Потребляемая луча от импульсов, клонения,зрачности,контакта,область области,мощность, Вт мс град мкм мм мм Прототип 0,25 10 0,15 3,2 1-15 0,5 Предлагаемый дефлектор 2 0,25 10 0,46 10-3 0,6-15 2 На фигуре представлены кривые зависимости угла отклонения луча в образцах арсенида галлия и дифосфида цинка толщиной 0,25 мм от длительности импульсов. На кривой 1 показана зависимость угла отклонения луча 1,15 мкм на расстоянии 0,05 мм от контактов от длительности импульсов с амплитудой 25 В для образца арсенида галлия сопротивлением 50 Ом. На кривой 2 показана зависимость угла отклонения луча 0,63 мкм на расстоянии 2 мм от контакта от длительности импульсов с амплитудой 500 В для кристаллов дифосфида цинка сопротивлением 109 Ом. Использован луч лазера диаметром 1 мм. Угол отклонения определен гониометром ГС-5. Следовательно, дефлектор на основе дифосфида цинка или кадмия позволяет увеличить угол отклонения луча в три раза по сравнению с известным дефлектором при уменьшении мгновенной потребляемой электрической мощности. Улучшение вышеуказанных характеристик в предлагаемом дефлекторе достигается при пропускании светового луча на большем расстоянии от контактов, чем в известном дефлекторе. Дефлектор для управления лазерным лучом содержит между массивными металлическими электродами монокристаллический активный элемент, выполненный из дифосфида цинка или кадмия тетрагональной модификации. Металлические электроды могут быть изготовлены из меди или индия. Пример конкретного исполнения К ориентированной монокристаллической призме дифосфида кадмия 10102 мм сопротивлением 108 Ом припаивали перпендикулярно оптической оси с помощью олова медные пластинки размером 151515 мм. При приложении к металлическим электродам импульсного напряжения (амплитуда и длительность импульсов составляют соответственно 500 В и 11 мс) ток, протекающий через призму вдоль оптической оси, нагревает центральную область кристалла. Отвод тепла осуществляется через симметричные медные контакты на концах призмы. В результате в кристалле создается область с градиентом показателя преломления. Луч лазера (0,63 мкм, диаметр 1 мм), проходя через пластинку толщиной 2 мм на расстоянии 2 мм от контакта, отклоняется на угол 3,8 в сторону увеличения показателя преломления. Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества 1) увеличивается угол отклонения оптического луча в расчете на единицу толщины активного элемента в 3 раза 2) уменьшается потребляемая электрическая мощность в 104 раз 3) отклонение луча с длиной волны в диапазоне 0,6-1 мкм, которые известное устройство поглощает 3 12388 1 2009.10.30 4) отклонение световых пучков на 3-4 угловых градуса на расстоянии 1-2 мм от контактов, что упрощает юстировку дефлектора. Источники информации 1. Заявка 2003104268/28 от 13.02.2003 г. Российской Федерации. 2. Лиу С.Г., Вальтере В.Л. Отклонение оптического луча импульсным температурным градиентом в объеме// ТИИЭР. - 1965. - Т. 53,5. - С. 603-605. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4