Исследование генерации второй гармоники лазерного излучения. Исследование прохождений лазерного излучения через световод. Исследование внутренней модуляции газоразрядого лазера. Исследование электрооптического модулятора, страница 10

          При падении линейно поляризованного излучения лазера на двулучепреломляющий кристалл происходит его разложение на взаимно перпендикулярно поляризованные "обыкновенный" и "необыкновенный" лучи, показатели преломления кристалла для которых различны. В резуль-тате "обыкновенный" луч распространяется быстрее "необыкновенного", что приводит после прохождения кристалла к сдвигу фаз j между лучами. В итоге начальная линейная поляризация в зависимости от величины j   может трансформироваться в эллиптическую, круговую или линейную, но перпендикулярную к начальной поляризации.

В электрооптических кристаллах величина фазового сдвига j линейно зависит от приложенного напряжения U и, следовательно, может принудительно изменяться:

                                j =  ( p п₀³ r_k U ) / l,                                               (4.1)

где  п₀   - показатель преломления для "обыкновенного" луча при отсутствии внешнего электрического поля; r_k - электрооптический коэффициент; U - приложенное напряжение; l- длина волны излучения.

Помимо двулучепреломляющего кристалла необходимым элементом ЭОМ является анализатор, устанавливаемый после кристалла.

В общем случае излучение на выходе кристалла поляризовано эллиптически, т.е. суммарный вектор электрического поля, изменяясь во времени, описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Изменение напряжения, приложенного к кристаллу, будет изменять эксцентриситет эллипса. Вследствие этого доля мощности лазерного пучка на выходе ЭОМ (за анализатором) P_t будет изменяться. Таким образом, появляется возможность преобразовывать изменения характера поляризации излучения, прошедшего кристалл, в изменения мощности на выходе ЭОМ. При ортогональной ориентации плоскостей поляризации исходного лазерного пучка и анализатора (при скрещенных осях) пропускание ЭОМ определяется как (рис. 4.1)

t = P_t / P₀ = sin j /2.                                           (4.2)

В соответствии с (4.2) и рис.4.1:

U = 0 ® j = 0 ® P_t  = 0 - режим полного затемнения ЭОМ;

U = U₀ ® j = p ® P_t  = P₀   - режим полного просветления ЭОМ.

Рис. 4.1. Характеристика пропускания ЭОМ

Напряжение, соответствующее полному отпиранию модулятора (плоскости поляризации прошедшего пучка и анализатора параллельны), называется напряжением полуволновой задержки U_l/2 или напряжением полного просветления U₀ и определяется c использованием (4.1) при j = p.

Для обеспечения линейного режима модуляции излучения лазера внешним гармоническим сигналом, подаваемым на ЭОМ, рабочую точку располагают на середине линейного участка характеристики пропускания при j = p/2. Необходимое для этого постоянное напряжение смещения называется четвертьволновым и равно U₀ / 2.

При четвертьволновом смещении обеспечивается без искажений наибольшая амплитуда переменной составляющей модулированного излучения. При напряжениях смещения, соответствующих экстремумам характеристики пропускания ЭОМ, наблюдается эффект удвоения частоты модулированного излучения (рис. 4.1).

Нелинейность характеристики пропускания ЭОМ может приводить к искажению формы модулированного сигнала излучения при неправильно выбранном напряжении смещения или чрезмерно большой амплитуде модулирующего сигнала.

Следует отметить, что из-за отражений от элементов модулятора и несовершенства используемых кристаллов пропускание ЭОМ в режиме полного просветления отличается от единицы. Рассеяние излучения в кристалле, его естественное двулучепреломление, а также неидеальность поляризационных характеристик анализатора и исходного лазерного пучка исключают и режим полного затемнения.