Способ вращения вектора поляризации линейно поляризованного оптического излучения и устройство для его осуществления

1238017 РЕСПУ ВТОРСМОМ ДЕТЕЛЬСТВ У 2расного Зни и электр Герукий 4981(54) СПОСОПОЛЯРИЗАОНТИЧЕСКОГДЛЯ Е 7 оляриза ческ проп и е т УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ САНИЕ ИЗОБР(71) Ордена Трудового Кни институт радиотехникки АН СССР(56) Патент Японии В 1кл. 104 С О, 1977. Б ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ВЕКТОРАЦИИ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГОО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ1. Способ вращения вектора п ции линейно поляризованного оптиго излучения, основанный на его скании через кристалл, обладаюптической активностью, при однонной деформации этого кристалла,и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения температурной стабильности угла поворота вектора поляризации и сниаения оптических потерь, кристалл деформируют в направлении, перпендикулярном направлению распространения оптического излучения, изменяют величину деформации кристалла в интервапе, соответствующем заданному диапазону углов поворота вектора поляризации выходного излучения, при одновременном повороте кристалла вокруг оси, совпадающей с направлением распространения оптического излучения, и измерении эллиптичности выходного излучения, устанавливают кристалл в положение, соответствука 1 ее мини- ф мальной эллиптичности этого излучения .во всем заданном диапазоне углов поворота, после чего дополнительно С" деформируют кристалл с усилием, соответствующим заданному углу поворота ф вектора поляризации оптического излучения.1238017 15 2. Устройство для вращения вектора поляризации линейно поляризованногооптического излучения, содержащеекристалл, обладающий оптической активностью, оптическая ось которогоориентирована вдоль направления рас-,пространения оптического излучения,пьезоэлектрйческий преобразовательи источник управляющего напряжения,выход которого подключен к. пьезоэлектрическому преобразователю, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения температурной стабильности угла поворота вектора поляризации и снижения оптических потерь, кристалл выполнен из парателлурита и имеет длину Ь вдоль оптической оси, выбранную из условия ЬИ,где Р- вращательная спбсобность парателлурита в спектральном диапазонеоптического излучения, при этом пьезоэлектрический преобразователь одной своей поверхностью закреплен на. 1Изобретение относится к оптике, в частности к способу и устройству для управления ориентацией вектора поляризации оптического излучения, и может использоваться в оптических системах передачи информации, а также в различных устройствах управления оптическим излучением.Цель изобретения - повышение температурной стабильности угла поворота вектора поляризации, снижение оптических потерь.На фиг. 1 и 2 схематично изображено устройство для реализации предложенного способа; на фиг. 3 - экспериментальные зависимости угла пово- рота вектора поляризации и эллиптич- ности оптического излучения на выходе кристалла ТеО от величины напряжения, подаваемого на пьезоэлектрический преобразователь.Устройство (фиг. 1) содержит кристалл 1 парателлурита, оптическая ось которого ориентирована вдоль направления распространения оптического излучения, пьезоэлектрический преобразователь 2, одна поверхность которого закреплена на боковой поверхбоковой поверхности кристалла, параллельной его оптической оси, а другаяего поверхность зажата вместе с боковой поверхностью кристалла механическим фиксатором, установленюам с возможностью поворота совместно с пьезоэлектрическим преобразователем икристаллом вокруг оптической осикристалла, на выходе кристалла расположены светоделительный элемент, устройство.для контроля эллиптичности иугла поворота вектора поляризацииоптического излучения, схема сравне-,ния и регистратор эллиптичности,при этом .светоделительный элементоптическй связан с устройством дляконтроля эллиптичности и угла поворота вектора поляризации оптическогоизлучения, один электрический выходкоторого подключен к регистраторуэллиптичности, а другой через схемусравнения - к входу источника управляющего напряжения. ности кристалла 1, параллельной егооптической оси, а другая зажата вместе с боковой поверхностью кристалла 1механическим фиксатором 3, установленным с возможностью поворота совместно с пьезоэлектрическим преобразователем 2 и кристаллом 1 вокругоптической оси последнего, источник 4управляющего напряжения и расположен-.ныена выходе кристалла 1 светоделительный элемент 5 и устройство 6 для контроля эллиптичности и углаповорота вектора поляризации оптического излучения, имеющее два электрических выхода, один нз которых подключен к регистратору 7 зллнптичности оптического излучения, а другойчерез схему 8 сравнения - к управляю"щему входу источника 4 .управляющего 20 напряжения, выход которого подключен к пьезоэлектрическому преобразователю 2. Длина кристалла 1 вдоль егооптической оси выбрана нз условия(Ф Фв виде стеклянной пластины, отражающей небольшую (23) часть энергииизлучения. Устройство 6 для контроля38017 4измеряют эллиптичность выходного излучения. Указанное изменение величины деформации кристалла 1 осуществляют, например, путем подачи на преоб5разователь 2 пилообразнОго напряженияот источника 4 управляющего напрящения. Кристалл 1 устанавливают в положение, соответствующее минимальнойзарегистрированной зллиптичности выходного излучения во всем заданномдиапазоне углов поворота, после чегодеформируют кристалл с усилием, соответствующим заданному углу поворотавектора поляризации, путем подачи напьезоэлектрический преобразователь 2напряжения определенной величины.Работа системы управления устройства осуществляется следующим образом.Вспомогательный луч 11, отраженный от светоделительного элемента 5,поступает в устройство М на призмуВолластона, пространственно разделяющую компоненты излучения с взаимноортогональной поляризацией, которыепреобразуются фотоприемниками в электрические сигналы, поступающие в электронную схему. Последняя вырабатываетсигнал, пропорциональный эллиптичности выходного оптического излучения,который поступает на регистратор 7эллиптичности, и сигнал, пропорциональный углу поворота вектора поляризации этого излучения, поетупающийна схему сравнения. На укаэанную схему 8 подается унравлякщий сигналс входа устройства, задающий требуемую ориентацию вектора поляризациивыходного излучения в данный моментвремени, Если ориентация этого вектора соответствует. требуемой, сигналс выхода схемы 8 сравнения равен нулю. Если необходимо изменить угол поворота вектора поляризации выходногоизлучения или по каким-либо причинамзаданная ориентация этого вектораизменилась, в схеме 8 сравнения вырабатывается разностный сигнал, который поступает на источник 4 управляющего напряжения, и соответствующеенапряжение подается на пьезоэлектрический преобразователь 2,3 12 эллиптнчности и угла поворота вектора поляризации может быть выполнено по любой известной схеме. Оно содержит призму Волластона, два фотоприемника и электронную схему, имеющую два выхода. В качестве регистратора 7 эллиптичности оптического излучения ,может быть использован осциллограф.Способ осуществляют с помощью устройства, показанного на фиг. 1,1 следующим образом.Линейно поляризованное оптическое излучение 9 пропускают через кристалл 1 парателлурита вдоль его оптической оси. Вектор поляризации выходного излучения вследствие естествен 15 ной оптической активности кристалла 1 оказывается повернутым относительно вектора поляризации входного излучения на некоторый угол, пропорцио- . нальный величине Ь/. При поступлении на светоделительный элемент 5 выходное оптическое излучение разделяется на основной луч 10 и .вспомогательный луч 11, поступающий в устройство М для контроля эллиптичности и угла поворота оптического излучения.Интенсивность вспомогательного луча 11 во много раз меньше основной 1 О. Во время пропускания оптического излучения через кристалл 1 последний Зф деформируют в направлении, перпендикулярном направлению распространения оптического излучения, путем подачи на пьезоэлектрический преобразователь 2 электрического напряжения от 35 источника 4. При этом поляризация оптического излучения на выходе кристалла 1 становится эллиптической и большая ось эллипса будет повернута :на некоторый угол, пропорциональный 4 О величине электрического напряжения поданного на пьезоэлектрический преобразователь 2 относительно направления вектора поляризации выходного излучения в отсутствии деформации 45 кристалла 1. Для получения минимальной эллиптичности выходного оптического излучения во всем заданном диапазоне угловповорота вектора его поляризации изменяют величину деформации 50 кристалла 1 в интервале, соответствующем этому диапазону. Одновременно поворачивают механический фиксатор 3 с зажатым в нем кристаллом 1 и пьезоэлектрическим преобразователем 2 вокруг оптической оси кристалла (стрел- ка на фиг. 2), и с помощью устройства М и регистратора 7 эллиптичности П р и м е р . В качестве кристалла, обладающего оптической активностью, использовался кристалл ТеО, с размерами 15 мм по оси 001 (оптическая ось) и 5 мм по осям 010 и 100Вращательная способность ТеО, для излучения с длиной волны 4 =0,63 мкм1238017 г О МЮ Ж ФАЗ Составитель В.ЯковлевРедактор М.Дыпын . Техред О.Гортвай Коррект 1 ож аказ 3287/47 ВНИИ п 113035, Тираж 501Государственногелам изобретенисква, 3-35, Рауш Подписноекомитета СССРи открытийкая наб д. 4/5 полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проек роизводстве составляет Р=82,78 град/мм, такимобразом, величина Ьр 7 Р. В качествепьезоэлектрического феобраэователяиспользовался преобразователь типаПП. Линейно поляризованное излучение с 1 =0,63 мкм пропускают черезкристалл ТеО . С источника 4 управляющего напряжения подают на пьезоэлектрический преобразователь пилообраЗное напряжение с амплитудой, .меняющейся от 0 до 100 В, При этомугол дЧ поворота вектора поляризации оптического излучения на выходекристалла 1 изменяется от 0 (в отсутствие напряжения на пьезоэлектрическом преобразователе) до 180 (см.сплошную кривую. на фиг, 3), Одновременно поворачивают механический фиксатор 3 с зажатым в нем кристаллом 1вокруг оптической оси кристалла и регистрируют элииптичность поляризациивыходного излучения во всем укаэанномдиапазоне углов. На фиг. 3 приведеныполученные зависимости (пунктирныекривые) эллиптичности 1 по энергии выходного излучения при различных углах поворота кристалла, находящегосяв состоянии деформации, вокруг егооптической оси, причем за нуль принята ориентация кристалла, при которой направление деформации параллельно направлению вектора поляризациивходного излучения. Для диапазона 10 углов поворота ЬМ вектора поляризации от 0 до 180 эллиптичность 153получается при угле поворота кристалла 10, в диапазоне углов а М от 0до 90 эллиптичность 1 Х при углеФ15 поворота кристалла 50 и т.д. При ра"боте с излучением в коротковолновойобласти спектра (Ащ 0,4-0,5) малаяэллиптичность (23) выходного излучефния в диапазоне углов ьч 0-180 может 20 быть получена при использовании. кристаллов. ТеО небольшой длины (Ь 1015 мм), т"к как вращательная способность ТеО существенно увеличиваетсяс уменьшением длины волны 1 оптического излучения. Так, для 3 0,4 Р ТеО=397,22 град/мм.