Преобразователь поляризации светового излучения

Изобретение относится К области оптических методов обработки информации, лазерной технике, лазерной связи, локации и может быть использовано в научном, технологическом и медицинском приборостроении в качестве амплитудного оптического модулятора.Известен преобразователь поляризации светового излучения 1, который состоит из последовательности оптических элементов, представляющих собой стеклянные конические призмы. Причем проходящий световой пучок падает на конические поверхности этих призм под углом Брюстера. Такое устройство обладает достаточно высокими оптическими потерями за счет поглощения излучения в материале призм.Технической задачей изобретения является уменьшение оптических потерь преобразователя поляризации светового излучения.Поставленная техническая задача рещается тем, что преобразователь поляризации светового излучения, содержащий последовательность оптических элементов, содержит двухосный кристалл с конической рефракцией, одна из оптических осей которого перпендикулярна входной и выходной граням, а последовательность оптических элементов содержит оптически связанный комбинированный фазовый элемент, выполненный из расположенных рядом в одной плоскости первого и второго фазовых элементов 7 ь/4, одноименные оси анизотропии которых повернуты друг относительно друга на угол 9 О,градиентного фазового элемента, обеспечивающего непрерывное изменение разности фаз между ортогональными составляющими электрического вектора световой волны по апертуре светового пучка от О до тс, электрооптического элемента, оси анизотропии которого повернуты относительно осей анизотропии комбинированного фазового элемента на угол 45, и третьего фазового элемента Ж/4 с осями анизотропии, параллельными одноименным осям анизотропии одного из фазовых элементов Ж/4 комбинированного фазового элемента,причем плоскость градиента разности фаз между ортогональными составляющими световой волны градиентного фазового элемента параллельна плоскости, в которой лежат оптические оси двухосного кристалла с конической рефракцией, одной из осей анизотропии первого и второго фазового элемента 7 ь/4 комбинированного фазового элемента и границе раздела между ними, которая совпадает с диаметром кольца конической рефракции, а оси анизотропии параллельны осям анизотропии наведенной анизотропии электрооптического элемента.Совокупность указанных признаков позволяет уменьщить оптические потери преобразователя поляризации светового излучения за счет рещения вопроса аналогового изменения угла ориентации плоскости поляризации излучения по кольцу конической рефракции в разных направлениях путем комбинированного аналогового вращения произвольно ориентированной плоскости поляризации анизотропными фазовыми элементами.Сущность изобретения поясняется на фигуре, где3 - первый фазовый элемент 7 ь/44 - второй фазовый элемент 7 ь/47 - третий фазовый элемент 7 ь/4Устройство содержит двухосный кристалл с конической рефракцией 1, одна из оптических осей которого перпендикулярна входной и выходной граням комбинированный фазовый элемент 2, состоящий из расположенных рядом в одной плоскости первого 3 и второго 4 фазовых элементов Ж/4, одноименные оси анизотропии которых повернуты друг относительно друга на угол 9 О градиентный фазовый элемент 5, обеспечивающий непрерывное изменение разности фаз между ортогональными составляющими электрического вектора световой волны по апертуре светового пучка от О до 7, электрооптическийэлемент 6, оси анизотропии которого повернуты относительно осей анизотропии комбинированного фазового элемента 2 на угол 45, И третий фазовый элемент 7 ь/4 7 с осями анизотропии, параллельными одноименным осям анизотропии одного из фазовых элементов 7 ь/4 комбинированного фазового элемента 2, причем плоскость градиента разности фаз между ортогональными составляющими световой волны градиентного фазового элемента 5 параллельна плоскости, в которой лежат оптические оси двухосного кристалла с конической рефракцией 1, одной из осей анизотропии первого 3 и второго 4 фазового элемента 7 ь/4 комбинированного фазового элемента 2 и границе раздела между ними, которая совпадает с диаметром кольца конической рефракции, а оси анизотропии параллельны осям наведенной анизотропии электрооптического элемента 6.Двухосный кристалл с конической рефракцией 1 выполнен в виде прямоугольной призмы из кристалла БФЦ, одна из оптических осей которого перпендикулярна входной и выходной граням.Комбинированный фазовый элемент 2 выполнен в виде расположенных рядом первого 3 и второго 4 фазовых элементов 7 ь/4, оптические оси которых повернуты друг относительно друга под углом 9 О.Первый 3, второй 4 и третий 7 фазовые элементы 7 ь/4 выполнены в виде плоскопараллельнь 1 х кристаллических кварцевых пластин, оптическая ось которых параллельна входной и выходной граням.Градиентный фазовый элемент 5 выполнен в виде составной призмы из двух оптических кристаллических кварцевых клиньев, разноименные кристаллографические оси которых параллельны между собой.Электрооптический элемент 6 выполнен на базе кристалла ВКВР 2-среза.Преобразователь поляризации светового излучения работает следующим образом.В исходном состоянии на двухосный кристалл с конической рефракцией 1 падает неполяризованный световой пучок. В результате конической рефракции на выходе двухосного кристалла с конической рефракцией 1 световой пучок приобретает кольцевое сечение с соответствующим распределением плоскости поляризации (на фигуре стрелками показаны ориентации плоскости поляризации в четырех точках кольца конической рефракции). Таким образом, на выходе двухосного кристалла с конической рефракцией 1 мы имеем по кольцу конической рефракции изменение ориентации плоскости поляризации в диапазоне 9 О от вертикали. Поэтому дальнейшее рассмотрение работы радиального поляризатора светового излучения мы проведем на примере светового излучения, соответствующего двум элементарным произвольным участкам кольца конической рефракции, обладающим ориентацией плоскостей поляризаций фбо. После двухосного кристалла с конической рефракцией 1 излучение с плоскостью поляризации, ориентированной под углом 150, падает на первый 3 и второй 4 фазовые элементы 7 ь/4. После двулучепреломления на входных гранях мы будем иметь две пары ортогональных составляющих, распространяющихся в первом 3 и втором 4 фазовых элементах 7 ь/4 комбинированного фазового элемента 2где х 2, у 2 - главные оси координат комбинированного фазового элемента 2 Ео - максимальная амплитуда электрического вектора световой волны (до - круговая частота падающей световой волны Ко - волновое число падающей световой волны г - время существования волны т - расстояние, пройденное световой волной (р - постоянная фазовая задержка.При прохождении световой волны через комбинированный фазовый элемент 2 междуортогонально ПОЛЯРИЗОВЗННЫМИ компонентами ЭЛСКТРИЧССКОГО вектора Е И Еуч В пер ВУ 9303 С 12007.06.30вом 3 И втором 4 фазовых элементах 7 ь/4 наводится разность фаз, равная соответственно тс/2 И -тс/2. Ортогонально поляризованные Компоненты на выходе комбинированного фазового элемента 2 будут иметь соответственно видПри преломлении последних на входной грани градиентного фазового элемента 5, оси индикатрисы показателей преломления которого х 5 и у 5 развернуты относительно осей комбинированного фазового элемента 2 на угол ч 1, будем иметь, соответственно, в общем случае две ортогонально поляризованные пары компонент электрического вектора Ех 5 вх и Еу 5 вх видаИз выражения (3) видно, что при угле чл 7 с/4 ортогональные компоненты электрического вектора световой волны, поляризованные вдоль осей х 5 и у 5, равны между собой по абсолютной величине, так как в этом случае выражение (3) имеет, соответственно, видПри прохождении световой волны через градиентный фазовый элемент 5 между ортогонально поляризованными компонентами электрического вектора Ех 5 и Еу 5 наводится разность фаз, равная 25, где б - величина угла необходимого поворота плоскостей поляризаций. Ортогонально поляризованные компоненты на выходе градиентного фазового элемента 5 с учетом (За) будут иметь видПри преломлении последних на входной грани третьего фазового элемента 7 ь/4 7, оси индикатрись 1 показателей преломления которого х 7 и у 7 развернуты относительно осей градиентного фазового элемента 5 на угол ч 12, будем иметь в общем случае две ортогонально поляризованные пары компонент электрического вектора Ех 7 вх и Еу 7 вх видаИз выражения (5) видно, что при угле ш 7 с/4 амплитуды ортогональных компонент описываются гармоническими функциями, имеющими одинаковый период, и сдвинутыми друг относительно друга на Ж/4, так как в этом случае имеют видПри прохождении световой волны через третий фазовый элемент 7 ь/4 7 между ортогонально поляризованными компонентами электрического вектора Ед и Еу 7 наводится разность фаз, равная 7 с/2. В результате на выходе третьего фазового элемента 7 ь/4 7 происходит синфазное совмещение ортогонально поляризованных компонент, которые будут иметь в этом случае видСуперпозиция ортогональных компонент (7) и дает результирующие плоскополяризованнь 1 е световые волны, углы наклона плоскости поляризации которых к вертикали можно получить из отнощения амплитуд ортогонально поляризованных компонент на выходетретьего фазового элемента 7 ь/4 7