Оптоэлектроника - Карих Е.Д.
Скачать (прямая ссылка):
_ ____ 2
ne - no = aKMH , (13.8)
где aKM - постоянная, характерная для данного вещества. Сдвиг фаз между двумя волнами на выходе из среды будет равен
2Ж 2п
АФ = — ine - no )l = — aKMlH 2. (13.9)
A A
Эффект Коттона - Мутона наблюдается в нитробензоле и других веществах. Его теория аналогична теории эффекта Керра (иногда эффект Коттона - Мутона даже называют магнитным эффектом Керра).
Явление фотоупругости. Установлено, что под действием механического напряжения в веществе происходит изменение показателя преломления, приводящее к наведенной оптической анизотропии. Деформируемое тело ведет себя подобно одноосному кристаллу, оптическая ось которого совпадает с направлением приложенной силы. Это явление, названное эффектом фотоупругости, связано с деформацией электронных оболочек атомов или ориентацией анизотропных молекул под действием внешней силы. Фотоупругие явления наблюдаются во всех состояниях вещества (твердом, жидком и газообразном).
82
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Разность показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей прямо пропорциональна механическому напряжению а:
ne - no = asа, (13.10)
где as - коэффициент фотоупругости. Если геометрическая длина пути в среде равна l, то разность фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами на выходе из среды запишется в виде
2п 2п
АФ =Т (ne - no ) l = у asla . (13.11)
Для наблюдения эффекта в качестве фотоупругой среды обычно используется плавленый кварц.
Акустооптический эффект: режимы дифракции Брегга и Рамана - Ната. Одной из форм проявления фотоупругости является акустооптический эффект. Под действием механических напряжений, вызываемых звуковой волной в веществе, в нем возникают полосы с различными показателями преломления, движущиеся со скоростью звука. В результате вещество приобретает свойства оптической фазовой решетки, период которой определяется длиной звуковой волны, а глубина модуляции показателя преломления - подводимой акустической мощностью. Если период решетки Л сравним с длиной световой волны X, свет будет испытывать дифракцию на звуковой волне. Это явление и названо аку-стооптическим эффектом.
Звуковую волну в возбуждают с помощью пьезоэлемента (например, пластинки LiNbO3), прикрепленного к одной из сторон акустоопти-ческой ячейки, подавая на нее высокочастотное электрическое напряжение. На противоположной грани кристалла располагается поглотитель звуковых волн (например, сплав висмута с индием) (рис. 13.2). В этих условиях в ячейке устанавливается режим бегущей волны.
В зависимости от угла между волновыми векторами и отношения
Xl/n Л2 , где l - длина взаимодействия световой и звуковой волн, п -показатель преломления, возможны два режима дифракции. Если
, «Л2
l << —, (13.12)
X
то при нормальном падении света на ячейку имеет место дифракция Рамана - Ната. В этом случае на выходе кристалла наблюдается серия световых пучков, симметрично расходящихся под углами вт по отношению к направлению падающего пучка (рис. 13.2 а), причем
X
sin вт = т— , (13.13)
п Л
83
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
где m = 0, ± 1, ± 2, ± 3... - порядок дифракции.
l
1< >
к
Ks
а m
к m +2
^ + 1 K
в 0 — . — .
-1 в B
^ - ky
-2
б
i и
Рис. 13.2. Дифракция света на ультразвуковых волнах в режимах Рамана - Ната (а) и Брегга (б)
При выполнении обратного условия
l >>
п Л2
~к~
(13.14)
дифракционную картину на выходе из ячейки дает только то излучение, которое падает на нее под углом в B, удовлетворяющем условию:
sin вB =
X
2n Л
(13.15)
Этот случай соответствует дифракции Брегга, а угол вB называется ^г-
лом Брегга (13.2 б). В отличие от дифракции Рамана - Ната, в бреггов-ском режиме свет до выхода из области взаимодействия испытывает многократную дифракцию, в результате чего все дифракционные максимумы, за исключением нулевого и первого, взаимно гасятся. При этом мощность излучения в дифрагировавшем пучке равна:
P = P sin2 (— Дй] , (13.16)
V X 0
где Дй - амплитуда изменения показателя преломления в поле звуковой волны. Как видно из формулы (13.16), при п1Дп/X = 12 может быть достигнута стопроцентная эффективность дифракции.
В качестве рабочих сред в акустооптических ячейках используются плавленый кварц (SiO2), тяжелое оптическое стекло (флинтглас) и другие вещества, обладающие большой величиной фотоупругого эффекта.
84
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Лекция 14. ЭЛЕМЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Модуляторы интенсивности света. Рассмотрим принцип модуляции света на основе поперечного эффекта Поккельса (рис. 14.1).
Одноосный кристалл вырезается таким образом, чтобы его оптическая ось была перпендикулярна направлению распространения света. В направлении оси Oz прикладывается модулирующее электрическое поле. Поляризатор P ориентируется так, чтобы угол между его осью и оптической осью кристалла составлял в = п/ 4. За кристаллом устанавливается анализатор A, ось которого ортогональна оси поляризатора.
