Электрооптика

Электрооптика.

Элементы электрооптических затворов.

Электрооптический затвор (ЭОЗ) предназначен для создания кратковременных импульсов излучения твердотельных лазеров путем управления добротностью резонаторов. Оптический элемент затвора представляет собой параллелепипед из кристалла  LiNbO₃ . Оптическая ось кристалла совпадает с направлением длины параллелепипеда на рабочие грани, совпадающие с оптической осью Z нанесены просветляющие покрытия, а на грани Х нанесены металлические контакты. Принцип работы оптического элемента затвора базируется на линейном электрооптическом эффекте Поккельса. Сущность эффекта состоит в изменении показателей преломления кристалла под действием электрического поля.  Различают продольный и поперечный эффекты, в первом случае направление прохождения света в кристаллическом элементе и направление приложения электрического поля совпадают, а во втором случае они ортогональны. Полуволновое напряжение Uλ /2 для продольного эффекта зависит только от рабочей длины излучения, показателя преломления и электрооптических коэффициентов. Для поперечного эффекта Uλ/2 зависит кроме этого и от отношения длины кристалла L к расстоянию d между электродами. Это позволяет снизить управляющее напряжение в  L/d раза, что очень важно при создании электрических блоков управления (драйверов). На рисунке представлена типичная оптическая схема электрооптического затвора. 

 

После прохождения поляризатора 1 неполяризованное излучение преобразуется в  линейно поляризованное. В отсутствии внешнего электрического поля на оптическом элементе 2 направление поляризации после его прохождения не изменяется и на выходе поляризатора 3 излучение равно нулю, поскольку поляризаторы 1 и 3 скрещены между собой. Если на кристаллический элемент 2 подается полуволновое напряжение  Uλ/2 , то после его прохождения плоскость поляризации поворачивается на 90 и свободно проходит через поляризатор 3. 

Технические характеристики оптического элемента затвора.

Габаритные размеры – 3х3 … 10х10 х10…30мм

Статическое полуволновое напряжение U для ряда длин волн излучения : 

 λ   = 0,63 мкм       Uλ/2 = 4000 х L/d

 λ =     1,064мкм     Uλ/2 = 8400 х L/d

λ   =1,318мкм         Uλ/2 = 11200 х L/d

λ   =2,1мкм              Uλ/2 = 19200 х L/d

Пропускание затвора:

в открытом состоянии —  не менее  80%

в закрытом состоянии —  не более 5%

Клиновидность вдоль оптической оси Z – не более 20 угл.сек. 

Плоскостность рабочих граней – не более λ /6

Отражение света от рабочей грани с нанесенным  просветляющим покрытием для фиксированной длины волны – не более 0,5% 

Рентгеновская  разориентация граней – не более 10  угл. мин.

Допустимая плотность мощности излучения, действующая на элемент затвора – не менее 200 МВт/см² .

 

Электрооптический  затвор для неполяризованного  лазерного излучения.

Принцип работы данного  затвора базируется на двух физических явлениях : пространственном разделении обыкновенного и необыкновенного лучей в двулучепреломляющих  кристаллах и электрооптическом эффекте Поккельса. Оптический элемент затвора состоит из кристаллического элемента LiNbO₃ помещенного между двумя лучерасщепителями из исландского шпата CaCO₃ . Кристаллический элемент LiNbO₃ представляет собой  параллелепипед с металлическими контактами. На рисунке представлена оптическая схема данного затвора:

Первый   лучерасщепитель 1  пространственно разделяет входной  неполяризованный луч на два ортогонально поляризованных луча , которые параллельно входят в оптический элемент LiNbO₃ 2 и далее попадает в лучерасщепитель 3 . При отсутствии управляющего напряжения на кристаллическом элементе 2 обыкновенный и необыкновенный лучи на выходе лучерасщепителя  3 сводятся в один луч. При подаче управляющего полуволнового напряжения на элемент 2 лучи на выходе лучерасщепителя 3 разводятся на некоторое расстояние d , величина которого зависит от величины L лучерасщепителей. Например, при длине L=30 мм расстояние d между центрами двух выходящих лучей будет равно 6,3 мм.