Модулятор света

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088,8) Дата опубликования описания 15,1081( 54 ) МОДулят етА ко- моьзо. ета 20енияроре 25 при- су- ктив 30 Изобретение относится к оптичес му приборостроению, в частности к дуляторам световых потоков с испол ванием кольцевых оптических резонаторов, и может быть использовано в системах оптической связи, светодальномерах, научных исследованиях, а также в различных технологических процессах,Известны модуляторы света, содержащие кольцевые оптические резонаторы с призмами полного внутреннего отражения, двулучепреломляющие элемен,. ты и приспособления для нарушения полного внутреннего отражения в призме, расположенные в различных комбинациях и количествах по ходу модулируемого света 1 . Недостаток этих модуляторов с заключается в невозможности получ большей амплитуды мощности модули ванного светового потока по срав нию с модулируемым без применени оптическом резонаторе активной с ды. Использование активной среды .водит к усложнению конструкции и жению спектральных характеристик торые зависят от характеристик а ной среды. Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатуявляется модулятор света, содержащий призма для ввода и вывода излучения, двулучепреломпяющий элементи кольцевой оптический резонатор ввиде призмы полного внутреннего отражения, по крайней мере одна гранькоторой выполнена с воэможностью периодического нарушения полного внутреннего отражения 2.Недостатком данного модулятора является низкая мощность модулированного светового потока, которая принципиально, в данном случае, не можетбыть больше величины мощности модулируемого светового 1 потока,Цель изобретения - повышение мощности модулированного света.Поставленная цель достигается тем,что в модуляторе света, содержащемпризма для ввода и вывода излучения,;двулучепреломляющий элемент и кольцевой оптический резонатор в видепризмы полного внутреннего отражения,по крайней мере одна грань которой вывыполнена с возможностью периодичес-кого нарушения полного внутреннегоотражения, двулучепреломляющий элемент, установлен в оптическом контак873197 6: агсцп "е 1 п %1),и 1 0 ипе япщ пр яп Чйте с призмой для ввода излучения и гранью призмы поЛного внутреннего отражения, причем его оптическая ось ориентирована в направлении распространения света под углом к поверхности призмы полного внутреннего отражения5 а показатель преломления призмы полного внутреннего отражения 5 где 0 - угол между оптической осьюдвулучепреломляющего элемента и перпендикулярном кграни призмы полного внутреннего отражения;209 - угол между падающим и отраженным светом в призме полного внутреннего отражения,ппр - показатель преломления приз -.мы полного внутреннего отражения;пе - показатель преломления обыкновенного луча света.в двулучепреломляющем элементе1Рпе - показатель преломления не-. Зробыкновенного луча света внаправлении падающего светав призме полного внутреннего отраженияДля повышения надежности модулято- З 5 ра света кольцевой оптический резонатор выполнен в виде призмы с равными углами.Для получения импульсов модулированного света различной длительности кольцевой оптический резонатор вы О полнен с возможностью изменения оптической длины, например, из двух призм полного отражения, одна из которых выполнена подвижной.На фиг. 1 и фиг. 2 изображены принципиальные схемы двух вариантов модулятора света;На фиг. 1 изображены: трехгранная призма 1, двулучепреломляющий элемент 2, выполненный в виде плоскопарал О лельной пластины, призма 3 с равными угламии гранями, образующими кольцевой оптический резонатор, элемент 4, нарушающий полное внутреннее отражение от одной из граней призмы 3. Двул чепреломляющий элемент 2 выпол 55 нен з отрицательного анизотропного кристалла, например исландского шпата или нитрата натрия и расположен между гранями призмы 1 и 3 в оптическом контакте с ними своими парал лельными плоскостями.На фиг, 2 изображены: двулучепреломляющий элемент 5, выполненный в виде трехгранной призмы, передняя грань которой перпендикулярна моду 4лируемому световому потоку и оптической оси отрицательного анизотропного кристалла, из которого состоит двулучепреломпяющий элемент 5, призмы б и 7 полного внутреннего отражения, которые образуют кольцевой оптический резонатор, и отражающие поверхности которых просветлены, элемент 8, нарушающий полное внутреннее отражение от одной иэ граней призмы 6. Двулучепреломляющий элемент 5 установлен с гранью призмы б гипотенузной гранью в оптическбм контакте, Призма 7 выполнена с воэможностью перемещения в направлении перпендикулярном своей проходной грани.Элементы 4 и 8 (фиг. 1 и 2, нарушающие полное внутреннее отражение в, призмах 3 и б могут быть выполнены из пьезоэлектриков которые под дейст-, вием управляющего сигнала изменяют свою толщину, а с ней и воздушный слой между плоскостями элементов 4 и 8 и гранями призм 3 и б, что приводит к оптическому контакту между ними и модуляции света, или Фз электрооптического кристалла, находящегося в оптическом контакте с призмами 3 и б и, показатель преломления которого изменяется под действием управляющего сигнала.Модулятор света работает следующим образом.Плоскополяризованный световой поток проходит через трехгранную призму 1, преломляется на границе призма 1 - двулучепреломляющий,элемент 2 в направлении его оптической оси.Пройдя по оптической .оси двулучепреломпяющий элемент 2, свет преломляется на грани призмы 3 и выходит под углом Ч/2 к перпендикуляру опущенному на грань призмы 3, причем е 1 п 9/2: Б 1 п 9, (11прВ кольцевом оптическом резонаторе, которым является призма 3, поверхности полного внутреннего отражения расположены так, что световой поток образует световое кольцо с углом падения света на входную грань призмы 3 равным М /2. Для этого направления . показатели преломления для обыкновенного по и необыкновенного п лучей будут различными. В частностй, для отрицательного лучепреломпяющего элемента п 1 Е будет меньше пе. При этом показатель преломления необыкновенного луча можно определить по формулепФ" ссвЧЙд)е- пе огде у - угол между оптической осьюдвулучепреломляющего элемента и направлением падения на него света в кольцевом оптическом резонаторе, т .е, призме 3.Так как показатель преломления призмы выбран согласно соотношения (1), то необыкновенные лучи света не проходят через границу призма 3 двулучепреломляющий элемент 2, а циркулируются по кольцевому оптичес-, кому резонатору. При этом мощность световой энергии в резонаторе возрастает до тех пор, пока не нарушится полное внутреннее отражение с помощью элемента 4. Так как нарушение полного внутреннего отражения может быть обеспечено практически мгновенно, то величина длительности импульса Т на выходе модулятора равняется: где 3 - длина кольцевого оптическогорезонатора;Ч - средняя скорость света в кольцевом оптическом резонаторе. 20для изменения длительности импульса модулированного света в модуляторе может быть предусмотрено изменение длины оптического пути в кольцевом оптическом резонаторе с помощью 25 перемещающейся призмы 7 как показано на фиг. 2.Величину мощности светового потока, накопленную в кольцевом оптическом резонаторе можно определить по ЗО формуле где Р, - мощность накопленная в коль-,цевом оптическом резонаторе;Р - мощность модулируемого светового потока;К - светопропускание кольцевого 40оптического резонатора заодин проход по нему света;- количество проходов переднего фронта модулируемого света по кольцевому оптическому 5резонатору.Максимально возможная мощность, накопленная в кольцевом резонаторе прик-со будет равна Рп, = Рвсю -КТаким образом, периодически нару-;шая полное внутреннее отражение в призпризме 3 получим модулированный свет,амплитуда которого в 1/1-К раз больше величины мощности модулируемогосвета, а длительность .Модулятор позволяет получить мощность модулированного светового потока большую чем мощность модулируемого потока,Формула изобретения Модулятор света, содержащий призмы для ввода и вывода излучения, двулучепреломляющий элемент и кольцевой 65 оптический резонатор в виде призмыполного внутреннего отражения, покрайней мере, одна грань которой выполнена с возможностью периодического нарушения полного внутреннегоотражения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения мощностимодулированного светового потока,двулучепреломпяющий элемент установлен в оптическом контакте с призмойдля ввода излучения и гранью призмыполного внутреннего отражения, причем его оптическая ось ориентирована в направлении распространения света под углом к поверхности призмыполного внутреннего отражения а показатель преломления призмы полного внутреннего отражений где 6 - угол между оптической осьюдвулучепреломляющего элемента и перпендикуляром кграни призмы полного внутреннего отражения;угол между падающим и отраженным светом в призмеполного внутреннего отражения;пР - показатель преломления призмы полного внутреннего отражения;п - показатель преломленияобыкновенного луча в двулучепреломпяющем элементе,не - показатель преломления необыкновенного луча в направлении падающего света в "призме полного внутреннегоотражения,2 Модулятор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что кольцевойоптический резонатор выполнен в виде призмы с равными углами,3, Модулятор по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюполучения импульсов различной длительности кольцевой оптический резонатор выполнен с возможностью изменения оптической длины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Катыс Г.П. и др. Модуляция иотклонение оптического излучения, М.,"Наука", 1967, с, 79-83.2.,3. В. гасе. " псе гпа Ве 11 есс оп Ваггего аа Ве 11 ессогь и а Иод 1 ес РаЬг - Регос псег 1 егоще 1 г"Орй. Бос. Ав;, 1965, ч. 55, р. 202.873197 фий.3 Реда Закав 9044/74 . Тираж 542 Под ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113033, Москва, Ж, Раушская наб., д О оное П "Пате г, ужгород, ул. ПР лиал а Составитель Н. НаэароваН. Воловик Техред М.Голинка Корректор Н. Стец