Способ создания собственной оптической бистабильности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1741 О 93 3/00 1 оЧ ц Ж БРЕТЕН ТЕЛЬ ТВУ СКОМУ СВ К й универ Яаоег К гебЬасК и ОртсГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(56) Авторское свидетельство СССМ 1182472, кл, 6 02 Г 1/01, 1985Еогоуа А,АВаогпцагте К.ВзтаЬту атЬУо-ааче вхпц МйрЬотоге 1 гастУе гпеда.Сопипвпсатопз, 1989, н.72, М б, р Изобретение относится к нелинейной оптике и может быть использовано для создания оптических переключателей - основных элементов интегральной оптики и оптоэлектроники.Известен способ создания собственной оптической бистабильности, заключающийся в пропускании лазерного пучка через оптический . резонатор, содержащий нелинейную среду, последующем увеличении интенсивности пучка выше порогового значения, при котором изменение показателя преломления непинейной среды вызывает смещение резонансной частоты пропускания резонатора до появления скачка выходной интенсивности пучка, плавном уменьшении интенсивности пучка до появления обратного скачка его интенсивности.Недостатком известного способа является возможность осуществления бистабильного режима для узкополосного стабилизированного по частоте излучения(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ СОБСТВЕННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ БИСТАБИЛЬНОСТИ (57) Сущность изобретения: плоскополяризованный поток лазерного излучения направляют в кристалл, в котором осуществляется самовоздействие потока за счет фотогальванического и электрогирационного эффектов, приводящее к фотоиндуцированному вращению плоскости поляризации, из модулированного потока формируют обратный поток, стирающий самовоздействие при превышении порога, 3 ил,сной характеристики резонатоавнительно невысокое быстроначительные энергетические из-за резонанра, а также срдействие и ззатраты.Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ создания собственной оптической бистабильности, заключающийся в том, что поток лазерного излучения с гауссовым профилем распределения интенсивности по поперечному, сечению направляют в кристалл с фотоэлектрическими свойствами, в котором осуществляется само- воздействие потока лазерного излучения, из модулированного потока формируют обратный поток лазерного излучения, который стирает самовоздействие, представляющее обьемную голографичскую фоторефрактивную решетку, при превышении пороговой интенсивности.К недостаткам известного способа можно отнести высокие затраты излучения пуч(2) 50 55 ка на создание бистабильного режима, низкий контраст переключения за счет дифракции на шумовых решетках и большую инерционность.цель изобретения - повышение быстродействия, контраста и уменьшение энергии переключения,Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить затраты излучения на создание бистабильного режима в 10 - 100 раз по сравнению с прототипом, что связано с использованием нового физического принципа, а именно фотоиндуцированного вращения поляризации света в фотосегнетоэлектрических кристаллах, происходящего при аномально малых значениях интенсивности света (0,1-10 мВт).Предлагаемый способ позволяет повысить контраст переключения в 2 - 3 раза (Л=-2 - 11/2 (фиг.3. За счет осуществления селектирования по поляризации лазерного излучения,Способ дает возможность уменьшить инерционность переключения бистабильногожима (по сравнению с прототипом на порядок), что обусловлено малыми характерными временами (0,1 - 10 нс) фотоиндуцированных явлений, положенных в его основу.Указанная цель достигается тем, что, согласно способу создания собственной оптической бистабильности путем направления потока лазерного излучения с гауссовым профилем распределения интенсивности по поперечному сечению в кристалл с фотоэлектрическими свойствами, в котором осуществляется самовоздействие потока лазерного излучения, и формирование из модулированного потока обратного потока лазерного излучения, который стирает самовоздействие при превышении пороговой интенсивности, в качестве исходного потока используют плоскополяризованный поток лазерного излучения, который вызывает в кристалле фотогальванический и электрогирационный эффекты, из модулированного потока лазерного излучения, выделяют составляющую с направлением плоскости поляризации, отличающимся от исходного направления на угол фотоиндуцированного вращения, а обратный поток лазерного излучения расширяют до превышения его поперечным сечением размера области с повышенной концентрацией фотоиндуцированных носителей заряда в крисалле, образуемых исходным потоком лазерного излучения.При прохождении лазерного излучения вдоль оптической оси ряда фотосегнетоэлектрических кристаллов ОКЬОз, ОТаОз, ВаТЮз) происходит поворот поляризации лазерного излучения, Величина угла поворота Ф поля ризации зависит от интенсивности 1 лазерного излучения и толщины кристалла 1:,Ф Аф/ (Оф + От) (1) где А - коэффициент электрогиргции; к - коэффициент поглощения;1 - константа Гласса;аф,% - фотопроводимость, темновая проводимость,Данный фотогирационный эффект наблюдается при очень малых значениях интенсивности лазерного излучения ( 0,1 - 10 мВт) и происходит под действием коротких лазерных импульсов (0,1 - 10 нс), что позволяет значительно уменьшить затраты пучка излучения на создание собственной оптической бистабильности.При прохождении пучка света через фотосегнетоэлектрический кристалл и роисходит пространственно-неоднородное перераспределение пространственного заряда с повышенной концентрацией фото- возбужденных носителей на периферии светового пучка, За счет этого в освещенной области кристалла появляется фотоиндуцированное электрическое поле Е большой напряженности (10 -10 В/см), и вследст 3 5вие элек 1 рогирацион ного эффекта происходит вращение поляризации света. Освещение этой области кристалла пучком света большей ширины и меньшей плотности облучения по сравнению с исходным, приводит к "размазыванию" областей с повышенной концентрацией электрических зарядов, следовательно, и к понижению напряженности фотоиндуцированного поля, и уменьшению угла Ф поворота поляризации света при прохождении через кристалл где Е, - фотоиндуцированное электрическое поле,Поэтому для создания оптической бистабильности фотосегнетоэлектрический кристалл помещают межу поляризаторами, рассогласованными на угол р . Значение угла р выбирают таким, чтобы при сравнительно малых значениях интенсивности лазерного пучка Т 1 могло выполняться условие Ф=у. В качестве сигнала обратной связи используется часть пучка лазерного излучения, прошедшего через системуполяризатор - кристалл - поляризатор, Отрицательная обратная связь осуществляется за счет стирания фотоиндуцированных изменений расширенным и посланным обратно в кристалл пучком,Способ осуществляют следующим образом (фиг.1,а).Лазерный пучок с гауссовым профилем распределения интенсивности Т 1, излучаемый лазером 1, направляют вдоль оптической оси фотосегнетоэлектрического кристалла 2, помещенного между поляризаторами 3 и 4, рассогласованными на угол р (фиг.1,б), величину которого определяют из значения фотоиндуцированного поворота поляризации лазерного излучения в данном кристалле.Затем, в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего через кристалл 2, с помощью оптической системы из линзы 5 и выпуклого полупрозрачного зеркала 6 формируют пучок излучения для обратной связи Т 2, Пучок обратной связи Т 2 направляют обратно в кристалл 2 по пути пучка Т 2 для стирания изменений, созданных первичным лазерным пучком Ть Диаметр пучка обратной связи с помощью оптической системы зеркало 6 - линза 5, делают большим по отношению к диаметру первичного лазерного пучка Т 1(фиг.1,в),П р и м е р 1, В качестве активного элемента используют ниобат . лития (ОИЬОз), легированный железом (Сре = 0,01 вес,%), имеющий вдол ь оптической оси длину 4 мм. Берут импульсный лазер, излучающий в сине-зеленом диапазоне видимого спектра ( Л = 0,4-0,54 мкм). Угол рассогласования поляризаторов р, согласно(1) устанавливают равным 1,2. Излучение лазера 1 проходит кристалл 2 и,. начиная с порогового значения интенсивности 1 л, когда угол поворота поляризации в кристалле (1) Фмр, произойдет скачок интенсивности на выходе из поляризатора 4 и, следовательно, возникнет излучение.оптической обратной связи Т 2, При этом пучок Т 2 будет стирать изменения в кристалле, наведенные первичным лазерным пучком Т 1; и, следовательно, приведет к падению интенсивности выходного сигнала,На фиг.2,в приведен графически временной ход лазерного излучения, на фиг.2,б- то же, выходногО сигнала.Сильная обратная связь приводит к из 5 менению поляризации в широком пределезначений, что и позволяет получить оптическую бистабильность,Зависимость выходной интенсивностиот входной, демонстрирующая петлю гисте 10 реэиса (фиг,3), подтверждает реализациюсобственной оптической бистабильности спомощью предлагаемого способа,П р и м е р 2. В качестве активногоэлемента используют кристалл тантала 15 та лития (ОТаОз), легированный медью(Сс = 0,05 вес.%), имеющий вдоль,осидлину 2,5 мм.Берут импульсный рубиновый лазер, излучающий на длине волны 4 = 0,69 мкм,20 Угол рассогласования у, согласно (1), устанавливают равным 0,9, Дальнейшие операции и результаты такие же, как в примере 1,Формула изобретенияСпособ создания собственной оптиче 25 ской бистабильности, заключающийся втом, что поток лазерного излучения" с гаус.совым профилем распределения интенсивности по поперечному сечению направляютв кристалл с фотоэлектрическими свойства 30 ми, в котором осуществляется самовоздействие потока лазерного излучения, измодулированного потока формируют обратныйпоток лазерного излучения, который стираетсамовоздействие при превышении пороговой35 интенсивности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения быстродействия, контраста и уменьшения энергии переключения,в качестве исходного потока используютплоскополяризованный поток лазерного иэ 40 лучения, который вызывает в кристалле фотогальванический и электрогирационнь 1 йэффекты, из модулированного потока лазерного излучения выделяют составляющую снаправлением плоскости поляризации, от 45 личающимся от исходного направления наугол фотоиндуцированного вращения, а обратный поток лазерного излучения расширяют до превышения его поперечнымсечением размера области с повышенной50 концентрацией фотоиндуцированных носителей заряда в кристалле; образуемых исходным потоком лазерного излучения,1741093 Составитель С.Кострицкийедактор М.Кобылянская Техред М.Моргентал Корректо ш каз 2084 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 при ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101