ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ

Эти устройства основаны на электрооптическом эффекте, обычно на эф­фекте Поккельса. Ячейка, работающая на этом эффекте (ячейка Поккель - са), представляет собой нелинейный кристалл типа KD*P или ниобата лития для видимого и ближнего ИК-диапазона, или теллурида кадмия для средней ИК-области. В таком кристалле приложенное постоянное электрическое поле приводит к изменению показателей преломления. Это наведенное двулуче- преломление пропорционально приложенному напряжению. На рис. 8.5а показан лазер с модуляцией добротности, использующий соответствующую комбинацию поляризатора и ячейки Поккельса. Последняя ориентирована и к ней подведено напряжение смещения таким образом, что оси х и у наве­денного двулучепреломления располагаются в плоскости, перпендикуляр­ной оси лазерного резонатора. Ось поляризатора образует с главными осями двулучепреломляющей ячейки угол 45°.

Рис. 8.5 а) Возможное взаимное расположение поляризатора и ячейки Поккельса, которые используются для модуляции добротности. На рисунках (б), (в) и (г) показаны направления компонент электрического поля вдоль осей двулучепреломления ячейки Поккельса в плоскости, перпендикулярной оси резонатора

Рассмотрим теперь световую волну, распространяющуюся из активной среды в направлении к системе поляризатор — ячейка Поккельса. Поляри­затор пропустит к ячейке лишь то лазерное излучение, которое поляризова­но вдоль оси поляризатора. Поэтому электрическое поле этой падающей вол­ны окажется под углом 45° к главным осям х и у ячейки Поккельса и может быть разложено на компоненты Ех и Еу (рис. 8.56) вдоль этих осей, колеблю­щиеся в фазе. Пройдя через ячейку Поккельса, обе компоненты испытыва­ют различные фазовые набеги, что приводит к сдвигу фаз:

Аф = кАпЬ',

Где к = 2п/Х, Ап^пх-пу — величина наведенного двулучепреломления, а

V — длина кристалла. Если приложенное к ячейке Поккельса напряжение таково, что Аф = п/2, то две компоненты поля будут отличаться по фазе на тс/2. Это означает, что когда компонента Ех достигает максимума, ком­понента Еу равна нулю, и наоборот, т. е. волна становится поляризованной по кругу (рис. 8.5в). После отражения от зеркала волна еще раз проходит через ячейку Поккельса, и компоненты ее электрического поля по ОСЯМ X и у приобретают дополнительный сдвиг фазы Аф = п/2, так что теперь суммар­ный фазовый сдвиг равен п, и когда компонента Ех максимальна (и поло­жительна), компонента Еу достигнет своего максимального (отрицатель­ного значения), как показано на рис. 8.5г. В результате полное поле Е бу­дет снова линейно поляризованным, но направление его поляризации составит теперь угол 90° с направлением поляризации падающей волны на рис. 8.5б. Следовательно, это излучение не пропускается поляризатором, а отражается из резонатора наружу (см. рис. 8.5а). Данное состояние соот­ветствует закрытому затвору. Открывается затвор путем снятия напряже­ния смещения в ячейке Поккельса. При этом исчезает наведенное двулуче - преломление и входящий свет проходит без изменения его поляризации. Заметим, что напряжение, необходимое для работы этой схемы, называется ^/^-напряжением, или четвертьволновым напряжением, поскольку в соот­ветствии с выражением (8.4.3) величина АпЬ’ (т. е. разница оптических пу­тей для двух поляризаций) равна Х/4.

Модуляторы добротности на ячейке Поккельса являются наиболее рас­пространенным типом устройств для модуляции добротности. В зависимо­сти от используемого в ячейке Поккельса нелинейного кристалла, конфи­гурации прикладываемого поля, ориентации кристалла и значения рабо­чей длины волны четвертьволновое напряжение может лежать в пределах 1-5 кВ. Это напряжение должно затем переключаться (точнее выключать­ся) за время которое должно быть меньше времени нарастания модули­рующего импульса (как правило, < 20 не).