Электрооптический модулятор

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Конойко Алексей Иванович Поликанин Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Электрооптический модулятор, содержащий последовательно оптически связанные первый отражатель, электрооптический элемент, полупрозрачное зеркало, второй отражатель, отличающийся тем, что содержит равнобедренную треугольную призму, угол между равнобедренными гранями которой равен 180-2, где- угол Брэгга, а на входной грани - основании сформирован объемный голографический элемент в виде одной брэгговской дифракционной решетки, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали под углом, равным р, и вход которого является входом электрооптического модулятора, первая равнобедренная грань призмы оптически связана с первым отражателем,вторая - со вторым отражателем, главная плоскость объемного голографического элемента параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы и плоскости 61782010.04.30 наведенной анизотропии показателя преломления электрооптического элемента, угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента равен углу Брэгга, а коэффициент отражения полупрозрачного зеркала равен 96 и оно является выходом электрооптического модулятора.(56) 1. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. - М. МИР, 1987. - С. 616. 2. Патент США 4119930. 3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М. Наука, 1973. - С. 720. Полезная модель относится к области оптических методов обработки информации, лазерной технике, оптической связи и локации и может быть использована в научном, технологическом, измерительном и медицинском приборостроении. Известен электрооптический модулятор 1, который состоит из резонатора ФабриПеро, образованного двумя отражателями, в который помещен электрооптический элемент с поперечным приложением управляющего поля. Такой модулятор не позволяет получить высокоэффективную амплитудную модуляцию светового излучения из-за наличия больших потерь излучения при вводе излучения в резонатор Фабри-Перо. Наиболее близким по технической сущности является электрооптический модулятор 2, который состоит из трех зеркал, образующих кольцевой резонатор Фабри-Перо, и электрооптического элемента с поперечным приложением управляющего поля, причем два зеркала полупрозрачны. Такой модулятор не позволяет получить высокоэффективную амплитудную модуляцию светового излучения из-за наличия больших потерь излучения при вводе излучения в кольцевой резонатор Фабри-Перо. Технической задачей полезной модели является увеличение эффективности модуляции оптического излучения путем уменьшения световых потерь. Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический модулятор,содержащий последовательно оптически связанные первый отражатель, электрооптический элемент, полупрозрачное зеркало, второй отражатель, содержит равнобедренную треугольную призму, угол между равнобедренными гранями которой равен 180-2,где- угол Брэгга, а на входной грани - основании сформирован объемный голографический элемент в виде одной брэгговской дифракционной решетки, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали под углом, равным , и вход которого является входом электрооптического модулятора, первая равнобедренная грань призмы оптически связана с первым отражателем, вторая - со вторым отражателем, главная плоскость объемного голографического элемента параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы и плоскости наведенной анизотропии показателя преломления электрооптического элемента, а угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента равен углу Брэгга, коэффициент отражения полупрозрачного зеркала равен 96 и оно является выходом электрооптического модулятора. Совокупность указанных признаков позволяет осуществлять высокоэффективную амплитудную модуляцию оптического излучения за счет решения вопроса существенного уменьшения потерь излучения при вводе его в электрооптический модулятор. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - объемный голографический элемент 2 - равнобедренная треугольная призма 3 - первый отражатель 2 61782010.04.30 4 - электрооптический элемент 5 - полупрозрачное зеркало 6 - второй отражатель Устройство содержит последовательно оптически связанные объемный голографический элемент 1, представляющий собой брэгговскую дифракционную решетку, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали входной грани под углом, равным , где- угол Брэгга, равнобедренную треугольную призму 2, угол между равнобедренными гранями которой равен 180-2, а на входной грани которой сформирован объемный голографический элемент 1, первая равнобедренная грань равнобедренной треугольной призмы 2 оптически связана с первым отражателем 3, последовательно оптически связанным с электрооптическим элементом 4, частично пропускающим зеркалом 5, коэффициент отражения которого равен 96 , и вторым отражателем 6, оптически связанным со второй равнобедренной гранью равнобедренной треугольной призмы 2, причем главная плоскость объемного голографического элемента 1 параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы 2 и плоскости наведенной анизотропии показателя преломления электрооптического элемента 4, а угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента 1 равен углу Брэгга, причем первый 3 и второй 6 отражатели в главной плоскости параллельны друг другу и перпендикулярны частично пропускающему зеркалу 5. Объемный голографический элемент 1 выполнен в виде объемной фазовой голограммы на материале Реоксан, динамический диапазон изменения показателя преломления которой обеспечивает преобразование световой энергии в один порядок дифракции, представляющей собой брэгговскую дифракционную решетку, штрихи которой ориентированы к нормали входной грани под углом Брэгга. Равнобедренная треугольная призма 2 выполнена из стекла , угол между равнобедренными гранями которой равен 180-2, а на входной грани сформирован объемный голографический элемент 1. Первый 3 и второй 6 отражатели выполнены, например, в виде диэлектрических зеркальных покрытий на плоских подложках из стекла КВ. Электрооптический элемент 4 выполнен на базе электрооптического кристалла 3 в виде прямоугольной призмы с поперечным приложением электрического поля. Частично пропускающее зеркало 5 выполнено, например, в виде диэлектрического зеркального покрытия на плоской подложке из стекла , коэффициент отражения которого должен быть равен 96 . Электрооптический модулятор работает следующим образом. В исходном состоянии на объемный голографический элемент 1 поступает постоянное световое излучение с плоским волновым фронтом под углом наклона к штрихам брэгговской решетки объемного голографического элемента 1, равным углу Брэгга. В этом случае излучение, испытав на объемном голографическом элементе 1 дифракцию Брэгга и пройдя равнобедренную треугольную призму 2, поступает к первому отражателю 3. Отраженный от первого отражателя 3 световой поток направляется через электрооптический элемент 4 частично пропускающему зеркалу 5, а затем ко второму отражателю 6. Отразившееся от второго отражателя 6 излучение далее проходит вторую равнобедренную грань равнобедренной треугольной призмы 2 и падает на ее входную грань, где сформирован объемный голографический элемент 1 под двойным углом Брэгга к штрихам его решетки. В этом случае излучение испытывает полное внутреннее отражение, и далее это излучение направляется опять к первому отражателю 3 по тому же пути, на второй цикл прохождения и т.д., что приводит к многолучевой интерференции. При этом после первого отражателя 3 мы будем иметь световое поле с амплитудой электрического вектора световой волныравной,(1) 13 5 64 где Е 0 - амплитуда поля поступающей световой волны Т, - энергетический коэффициент пропускания объемного голографического элемента 1 3, 5 и 6- энергетические коэффициенты отражения соответственно первого 3, второго 6 отражателей и частично пропускающего зеркала 5 Т 4 - энергетический коэффициент светопропускания электрооптического элемента 4- разность фаз между интерферирующими световыми волнами. Следовательно, интенсивность света после первого отражателя 3 можно определить из выражения 203, 13 5 6423 5 64 где 0 - интенсивность падающего излучения, а величину интенсивности светана выходе кольцевого резонатора после второго отражателя можно определить из выражения 0345(3) 13 5 6423 564 В исходном состоянии оптическая длина кольцевого резонатора не кратна длине волны излучения, то есть разность фаз между интерферирующими световыми волнами не равна нулю. Вследствие этого интерферирующие световые волны гасят друг друга. При подаче на электрооптический элемент 4 управляющего электрического напряжения происходит изменение показателя преломленияпо следующему закону 1 1 где 0 - показатель преломления обыкновенной волны в материале электрооптического элемента, - приложенное напряжение, - поперечный размер электрооптического элемента 3,63 - электрооптический коэффициент. Изменение показателя преломления приводит к изменению разности путей между интерферирующими световыми волнами, а следовательно, к изменению их разности фаз. Как только она станет равной нулю интенсивность светового поля внутри и на выходе резонатора станет максимальной, а ее величина существенно превысит величину интенсивности света на выходе существующих модуляторов Фабри-Перо, определяемую следующим выражением 3 0 2, 122 где Т - энергетический коэффициент светопропускания зеркал- энергетический коэффициент отражения зеркал,так как величина энергетического коэффициента светопропускания существующих модуляторов Фабри-Перо существенно меньше единицы, в то время как параметры 3564 в выражении (3), наоборот мало чем от нее отличаются. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4