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.