устройство управления амплитудным пропусканием светового пучка

Формула изобретения

Устройство управления амплитудным пропусканием светового пучка, содержащее источник электрического напряжения, одноосный электрооптический кристалл в виде пластины х-среза с нанесенными на верхнюю поверхность ортогональными z-оси оптической анизотропии электрооптического кристалла управляющими линейными электродами, выполненными в виде встречно-штыревой структуры и образующими дифракционную решетку, отличающееся тем, что на поверхности электрооптического кристалла нанесены первое и второе поляризующие покрытия, причем первое поляризующее покрытие нанесено на нижнюю поверхность электрооптического кристалла так, что ось его пропускания составляет угол 0°< <90° с z-осью оптической анизотропии электрооптического кристалла, а второе поляризующее покрытие нанесено на верхнюю поверхность электрооптического кристалла так, что его ось пропускания параллельна y-оси или z-оси оптической анизотропии электрооптического кристалла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к устройствам управления параметрами оптического излучения, и может быть использовано в устройствах обработки оптической информации.

Известна электрически управляемая дифракционная решетка (Пат. США № 6353690 B1, МПК⁷ G02F 1/295, опубл. 5.03.2002), включающая подложку с нанесенными на ее верхнюю и нижнюю поверхности слоями, выполненными из электрооптических материалов, первую и вторую систему управляющих линейных электродов, нанесенных на слои из электрооптических материалов и образующих дифракционные решетки. Согласно описанию изобретения электрически управляемая дифракционная решетка может быть использована в качестве устройства управления амплитудным пропусканием светового пучка за счет изменения фазового профиля и диаграммы направленности при подаче управляющего электрического напряжения.

Недостатком данного устройства является сложность формирования двусторонней субмикронной проводящей топологии, высокое управляющее напряжение, обусловленное изменением только фазового профиля дифрагирующего светового пучка.

Известен пространственный оптический модулятор дифракционного типа (Пат. США № 6092463, МПК⁷ G02F 1/135, опубл. 18.07.2000), включающий слой электрооптического материала, первую систему управляющих электродов, нанесенную на первую поверхность слоя электрооптического материала, образующих первую дифракционную решетку, вторую систему управляющих электродов, нанесенную на вторую поверхность слоя электрооптического материала, образующих вторую дифракционную решетку. Согласно описанию изобретения пространственный оптический модулятор дифракционного типа может быть использован в качестве устройства управления амплитудным пропусканием светового пучка за счет изменения фазового профиля и диаграммы направленности при подаче управляющего электрического напряжения.

Недостатком данного устройства является сложность формирования двусторонней субмикронной проводящей топологии, высокое управляющее напряжение, обусловленное изменением только фазового профиля дифрагирующего светового пучка.

Наиболее близким по технической сущности является устройство управления амплитудным пропусканием светового пучка (Хасперджер Р. Интегральная оптика: теория и технология. Пер с англ. [Текст] / Р.Хасперджер. - М.: Мир, 1985. С.170), содержащее источник электрического напряжения, x-срез одноосного электрооптического кристалла в виде пластины с нанесенными на верхнюю поверхность управляющими линейными электродами, ортогональными z-оси оптической анизотропии электрооптического кристалла, выполненными в виде встречно-штыревой структуры и образующими дифракционную решетку.

Недостатком данного устройства является относительно высокое управляющее напряжение, обусловленное изменением только фазового профиля дифрагирующего светового пучка.

В основу изобретения поставлена задача снижения управляющих напряжений.

Данная задача решается за счет того, что в устройстве управления амплитудным пропусканием светового пучка, содержащем источник электрического напряжения, одноосный электрооптический кристалл в виде пластины x-среза с нанесенными на верхнюю поверхность ортогональными z-оси оптической анизотропии электрооптического кристалла управляющими линейными электродами, выполненными в виде встречно-штыревой структуры и образующими дифракционную решетку, согласно изобретению на поверхности электрооптического кристалла наносят первое и второе поляризующие покрытия, причем первое поляризующее покрытие нанесено на нижнюю поверхность электрооптического кристалла так, что ось его пропускания составляет угол 0°< <90° с z-осью оптической анизотропии электрооптического кристалла, а второе поляризующее покрытие нанесено на верхнюю поверхность электрооптического кристалла так, что его ось пропускания параллельна y-оси или z-оси оптической анизотропии электрооптического кристалла.

Устройство управления амплитудным пропусканием светового пучка поясняется чертежами,

где на фиг.1 изображен вид сбоку устройства управления амплитудным пропусканием светового пучка, где 1 - входящий световой пучок, 2 - поляризующее покрытие, нанесенное на нижнюю поверхность электрооптического кристалла, 3 - электрооптический кристалл в виде пластины, 4 - управляющие линейные электроды, ортогональные z-оси оптической анизотропии электрооптического кристалла, выполненные в виде встречно-штыревой структуры и образующие дифракционную решетку, 5 - поляризующее покрытие, нанесенное на верхнюю поверхность электрооптического кристалла, 6 - источник электрического напряжения,

на фиг.2 изображены зависимости отношения начальной амплитуды нулевого дифракционного максимума по уровню 0,1 при U=0 В к амплитуде дифракционного максимума, измененного электрическим напряжением U, для заявляемого устройства (штриховая линия) и прототипа (сплошная линия).

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок 1 проходит поляризующее покрытие 2, нанесенное на нижнюю поверхность электрооптического кристалла, и разделяется в электрооптическом кристалле 3 на обыкновенный и необыкновенный световые пучки. В электрооптическом кристалле 3 в области зазора между управляющими электродами 4 обыкновенный и необыкновенный световые пучки приобретают различные набеги фаз, вызванные действием электрического поля, создаваемого источником электрического напряжения 6. Вследствие различия набегов фаз обыкновенного и необыкновенного световых пучков изменяется состояние поляризации светового пучка на выходе электрооптического кристалла 3 и, следовательно, амплитудное пропускание на выходе поляризующего покрытия 5, нанесенного на верхнюю поверхность электрооптического кристалла 3. Действие электрического поля также обуславливает изменение фазового профиля дифрагирующего светового пучка, вызывая дифракционное рассеяние светового пучка. Таким образом, в устройстве управления амплитудным пропусканием реализуется одновременно два механизма изменения амплитудного пропускания, что позволяет снизить управляющие напряжения.

Например. Рассмотрим устройство управления амплитудным пропусканием светового пучка на основе электрооптического кристалла ниобата бария-стронция Ba_0,25Sr_0,75Nb₂O₆ толщиной 97,4 мкм. Ширина линейных управляющих электродов составляет 5 мкм, толщина - 1 мкм, зазор между электродами - 5 мкм. Ось пропускания поляризующего покрытия, нанесенного на нижнюю поверхность электрооптического кристалла, составляет угол 45° с z-осью оптической анизотропии кристалла. Ось пропускания поляризующего покрытия, нанесенного на верхнюю поверхность электрооптического кристалла, параллельна z-оси оптической анизотропии кристалла. Распределение электрических потенциалов электродов имеет вид 0-U-0-U и т.д. Отношение начальной амплитуды нулевого дифракционного максимума по уровню 0,1 при U=0 В к амплитуде дифракционного максимума, измененного электрическим напряжением U, для заявляемого устройства приведено на фиг.2 (штриховая линия). Для сравнения на фиг.2 приведено аналогичное изменение амплитуды нулевого дифракционного максимума, характерное для прототипа, использующего изменение только фазового профиля дифрагирующего светового пучка (сплошная линия). Из проведенных расчетов следует, что заявляемое устройство обладает более низкими управляющими напряжениями.