Модулятор поляризации света

союз сОВЕтскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 1/03 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ СВИ угольной призмы, выр 90 к оптической оси ( Е-среза. Основания при ной и выходной граням пар боковых граней одн жена электродами для щего напряжения. Вход выполнена ориентиро й к его оптической оси условия О а ( 90 агстд ного уменьшения ПАМ две противо ные боковые грани призмы, снабж электродами, выполняют не пара ными, а скошенными, При этом В между этими гранями выбирают и ношения 2 агсзи - "Р 180. Д41 элгие противоположные грани при остаются параллельными, 1 ил. оложнные лельугцл соотэт ект- ехтносится к технике опти. может быть испольэова. ных и фотоэлектронных е в прецизионной спекточности и чувствительности измерений, Однако ожидаемого эффекта не получилось, из-эа появления параэитной амплитудной модуляции (ПАМ), которая значительно снизила точность и чувствительность проводимых исследований, Кроме того, конструктивное выполнение данного элект рооптического кристалла не позволяет использовать этот модулятор фазы в качестве модулятора поляризации света,Поэтому в качестве прототипа выбран модулятор поляризации света как наиболее близкий по технической сущности.Известный модулятор поляризации света содержит последовательно установленные поляризатор в виде поляризационнпй ета, содернные поляристалл в вырезанабжен ной ирую щего лятор фазы св ельно соедине ооптический к кой пластины ;койподачи модул ии этого модулятора фа" боте в качестве источниван лазер, обладающий одимыми для увеличения(71) Институт прикладной физики АН СССР(54) МОДУЛЯТОР ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА(57) Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано в оптроэлектронных и фотоэлектронныхустройствах, а также в прецизионной спектроскопии. Сущность: модулятор поляризации света содержит поляризатор ипоследовательно соединенный с ним элрооптический кристалл в виде четцр Изобретение о ческих измерений и но в оптоэлектрон устройствах, а такж троскопии,Известен моду жащий последоват ризатор и электр вида кристалличес ной вдоль оптиче электродами для напряжения. При применен зы в цитируемой ра ка света использо свойствами, необхеэанный под углом оси Е), т.е, кристалл змы являются входи кристалла. Из двух а пара граней снабподачи модулируюная грань кристалла ванной под углом , определяемым из й)призмы Рошона и электрооптический кристалл в виде кристаллической пластинки среза с электродами для подачи модулирующего напряжения. В данной конструкции электроды выполнены в виде слоевпро зрачной жидкости (глицерина), нанесенных на обе (входную и выходную) поверхности кристаллической пластины между самой кристаллической пластиной и двумя дополнительными стеклянными пластинками, 10 При использовании данного модулятора поляризации света также возникает паразитная амплитудная модуляция. Это связано с рассеянием модулируемого света на решетках собственных колебаний электро оптического кристалла: акустической и оптической. Появление акустической решетки связано с тем, что электрооптический кристалл является пьезоэлектриком, а появление оптической решетки - с тем, что 20 кристалл 2-среза является ктому"же и резонатором Фабри-Перо.Таким образом, недостатком вышеописанного модулятора поляризации света является высокий уровень ПАМ, что сущест венно снижает чувствительность и точность проводимых с помощью этого устройства измерений, а также возможности спектро- скопии.Целью предлагаемого изобре.ения яв ляется уменьшение амплитудной паразитной модуляции, обусловленной вышеопи-санйыми причинами.Поставленная цель достигается тем, что в модуляторе поляризации света, содержа щем электрооптический кристалл Е-среза и электроды для подачи модулируащего напряжения с частотой 1, установленные на двух противоположных гранях электрооптического кристалла, согласно изобретению 40 электрооптический кристалл выполнен в виде четырехугольной призмы, основания которой являются входной и выходной гранями кристалла, при этом входная грань кристалла выполнена под углом а к его 45 оптической оси, выбираемым из условия О а 90 -агс 19 -, где в- диаметр пучкао Мсвета в кристалле, а- длина пучка света в кристалле. . 50Целесообразно призму электрооптического кристалла выполнить усеченной по противоположным боковым граням, снабженным электродами. при этом угол рмежду этими боковыми гранями, снаб женными электродами, связан с частотой 1 модули рующего напряжения соотношениСзеем ф 2 агсз 1 л -; - , где Ьа - длина электродов, Сав - скорость звука в электрооптическом кристалле,Выполнение входной грани призмыэлек 1 рооптического кристалла под углом ак его оптической оси, выбираемым из услоо Ивия О а 90 -агсс 9 -, позволяет существенно уменьшить ПАМ, обусловленнуюрассеянием модулирующего света на рещетках собственных колебаний электрооптического кристалла, Это связано с тем, чтотакое выполнение кристалла позволяет развести переотраженные в кристалле пучкисвета и избавиться таким образом, от решетки собственных оптических колебаний,при этом частично разрушается и решеткасобственных акустических колебаний из-заувеличения краевых эффектов, умейьшающих объем; занятый акустической решеткой.Максимальный угол амакс наклона .входной грани к оптической оси кристалла,при котором еще происходит разведениепереотражейных в кристалле пучков светавычисляется из условия их неперекрытия навыходной грани кристалла и рэвен:ймакс=90 - а гсС 9-,о О)При уменьшении угла аа макс разведение переотраженных в кристаллепучков увеличивается, однако при этомуменьшается полезный обьем кристалла. Поэтому, хотя теоретически угол а может меняться в пределах О ЙЙ макс, но няпрактике угол а целесообразно выбиратьвблизи амакс Угол а не может быть равен 0из геометрии кристалла, так как в этом случае кристалл вырождается в плоскостьВыполнение угла ф между двумя боковыми противоположными снабженйыми электродами гранями усеченнойпризмы, удовлет.воряющим условию2 агсз 1 л - :ф 180, приводит к дополСза о41 Ьлнительному уменьшению ПАМ, обусловлен-ной рассеянием модулируемого света нарешетке собственных акустических колеба.ний кристалла. Минимальный угол рми, вычисляется из условия резонанса на одном изАконцов кристалла (б 1= , где б 1 - поперечный размер кристалла на одном из концовкристалла, Л, - длина волны собственныхакустических колебаний), при выполненииусловия антирезонанса на другом концекристалла (б 2= , где б 2 - поперечный размер кристалла на другом конце), используяизвестную формулу 1 А =.Саа, Рмин окдза-элугла 3 число зон антирезонанса в объеме кристалла увеличивается, соответственно уменьшается объем, занятый решеткой собственных акустических колебаний, следовательно, уменьшается и ПАМ. Однако увеличение угла Р требует для обеспечения модуляции света увеличения амплитуды прикладываемого к электродам модулирующего напряжения, что не всегда осуществимо и ограничивает на практике угол Р сверху величиной порядка фмин значительно меньшей теоретического предела, равного 180 О.Угол Р не может быть равен 180 из геометрии кристалла,Выполнение электрооптического кристалла в модуляторе поляризации света указанным образом устраняет решетки собственных колебаний кристалла, а следовательно, снижает величину паразитной амплитудной модуляции, что значительно повышает точность и чувствительность проводимых измерений, существенно расширяет возможности применения модуляционного метода спектроскопии. Сам процесс модуляции поляризации света в предлагаемом модуляторе осуществляется, как и в известных модуляторах поляризации, работающих на основе электрооптического эффекта. При наложении на злектрооптический кристалл переменного модулирующего напряжения в кристалле возникает наведенное двулучепреломление и нормальные волны приобретают разность набега фаз, что обеспечивает модуляцию проходящего света по поляризации в соответствии с приложенным напряжением,На чертеже изображена схема модулятора поляризации света.Устройство содержит поляризатор 1 и последовательно соединенный с ним электрооптический кристалл 2 в виде четырехугольной призмы, вырезанный под углом 90 к оптической оси 3 (оси Е), т.е, кристалл Е-среза, Основания призмы являются входной. гранью 4 и выходной гранью 5 кристалла, Из двух пар боковых граней 6, 7, 8 (четвертая боковая грань на чертеже йе видна) одна пара граней, например, 6 и 7 снабжена электродами 9 и 10 для подачи модулирующего напряжения,Входная грань 4 кристалла 2 выполйена ориентированной под углом а к его оптической оси 3, определяемым из условия О а 90 -агссд т-, Целесообразно для дополо.нительного уменьшения ПАМ две противоположные боковые грани 6 и 7 призмы,снабженные электродами 9 и 10,выполнить 20 не параллельными, а скошенными, При этомугол 3 между этими гранями 6 и 7 выбирается из соотношения;Яп звР 180 оф -эл25 Две другие противоположные грани 8при этом остаются параллельными.В конкретной реализации устройстваэлектрооптический кристалл 2 выполнен в виде четырехугольной усеченной призмы из 30 ниобата лития (ОИЬОз). и имеет следующиепараметры: угол а =67+1, угол р= 2 -30 ф при длине электродов 9, 10 Ьл=50.+1 мм.Поляризатор 1 представляет собой призмы Рош она.35 Устройство работает следующим образом.Прошедший через поляризатор 1 светпадает на входную грань 4 электрооптического кристалла 2. Преломлейный свет рас пространяется вдоль оптйческой оси 3кристалла 2 и разделяется на выходной грани 5 на два пучка. Первый из которых (основной) выходит через грань 5 наружу, а второй отражается от грани 5 обратно в кристалл и 45 попадает на входную грань 4, от которой. отражается вторично, При этом поскольку входная грань 4 выполнена под углом аа вс к оптической оси кристалла, то при вторичном отражении от нее второй пучок распространяется внутри кристалла и затем по выходе из кристаллатаким образом, что первый пучок и второй пучок в пространстве вне кристалла оказываются разошедшимися и при наложении на Ълектроог 1 тический 55. кристалл переменного напряжения не взаимодействуют, что исключает появление ПАМ за счет рассеяния на решетке собственных оптических колебаний. Выполнение входной грани 4 под углом а к осй 3 уменьшает также ПАМ, обусловленную рассеянием проходящего пучка света на решетке собственных акустических колебаний, чтообеспечивается увелйчением краевых эф фектов, уменьшающих объем; занятый этойакустйческой решеткой, Выполнение входной грани 4, к оптической оси 3 под углом, большим, чем амас, приводит к появлению решетки собственных оптических колебаний и появлению Г)АЧ.Дополнительное уменьшение ПАМ,обусловленной рассеянием на решетке собственных акустических колебаний, достигается за счет скашивания граней 6, 7 призмы, снабженных электродами 9, 10 на определеннь 1 й угол,8, указанный в формуле изобретения; что позволяет в кристалле 2 дополнительно уменьшить объем, занятый1783463 оставитель А. Лукьяновехред М,Моргентал Корректор А. Коз дакто Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 каз 4514 ВНИИПИ Госу изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 решеткой собственных акустических колебаний.Формула изобретения 1. Модулятор поляризации света, содержащий электрооптический кристалл Е-среза и электроды для подачи модулирующего напряжения с частотой 1, установленные на двух боковых противоположных гранях электрооптического кристалла, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения параэитной амплитудной модуляции, электрооптический кристалл выполнен в виде четырехугольной призмы, основания которой являются входной и выходной гранями кристалла, при этом входная грань кристалла выполнена под углом а к его оптической оси, выбираемым из условия о й)аа 90 -агстд -, где в- диаметр пучка света в кристалле, а- длина пучка света в кристалле.5 2. Модулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что призма электрооптического кристалла выполнена усеченной по противоположным боковым граням, снабженным электродами, при этом угол ф между эти ми боковыми гранями, снабженными электродами, связан с частотой 1 модулирующего напряжения соотношением ф агсз 1 п -П, где Ол - длина электроСзв4 Л.зл15 дов, Сзв - скорость звука в электрооптическом кристалле,