Фокусиращ елемент
Употреба: в квантовата електроника за създаване на оптични системи с инерционно управление на фокусираното излъчване. Същност: елементът е изграден от нелинеен едноосен кристал 1 с оптична ос OZ, перпендикулярна на ос 7 на елемента: електроди 6 са нанесени върху лицата 4,5, перпендикулярни на оптичната ос на елемента, свързани към допълнително въведен източник на захранване 8, разделящ кристала на зони K 1,2,3. освен това профилът на електродите във всяка зона се формира от частта на параболата, съответстваща на тази зона, bne3rzzE const, където ne е изключителният индекс на пречупване на кристала, zr е електрооптичният коефициент, J е напрегнатостта на електрическото поле в кристала, b е фокусното разстояние, а разстоянията от краищата на зоните до фокуса се различават с цял брой дължини на вълната. 4 ил.
РЕПУБЛИКА(и) 5 G 02 F 1/29
СЛУЖБА НА СССР (ДЪРЖАВЕН ПАТЕНТ НА СССР) ОПИСАНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО
КЪМ АВТОРСКО СВИДЕТЕЛСТВО (21) 4807188/25 (22) 29.03.90 (46) 28.02.93. Бик. М 8 (71) Московски институт по радиотехника, радиоелектроника и автоматика (72) В. В. Груздев, А. С. Маркин, - Ю. И. Туснов и
В И. Рябенков (56) Приложение на Япония N 60-35667, кл. G.03 N
Заявка на Франция N - 2585854, cl. G02F
1/19, 1987. (54) ФОКУСИРАЩ ЕЛЕМЕНТ. (57) Употреба: в квантовата електроника за създаване на оптични системи с инерционно управление на фокусираното лъчение. Обект: елементът е направен от
„„. Zh „„ 1798758 A1 на нелинеен едноосен кристал 1 с оптична ос OZ, перпендикулярна на ос 7 на елемента; върху лицата 4,5 на елемента, перпендикулярни на оптичната ос, са положени електроди 6, свързани към допълнително въведен източник на захранване 8, разделящ кристала на зони К = 1,2,3. освен това профилът на електродите във всяка зона се формира в съответствие с тази зоначаст от парабола, y2/x = bn зоните са симетрични по отношение на оста OX, разстоянието от изходната повърхност на кристала по посока на OX до точка B, т.е. фокусното разстояние е отбелязано с b, посоките 9 10, 11 показват посоката на лъчите от . външните граници на първите три зони съответно 45
Нелинейният кристал за фокусиращия елемент е избран да бъде едноосов, запазвайки своята едноосност и, когато се приложи електрическо поле по неговата оптична ос, кристалът се изрязва успоредно на неговата 50 оптична ос под формата на правоъгълна плоча с дължина d.
Електродите, поставени върху горната и долната странична повърхност, имат профил, който варира според закона 55
P 3 bne GzzE \u003d sapzt, x
Това съотношение може да се получи от условието за фокусиране, т.е. постоянство q=X (4) за стойности на координатата y, които не са твърде големи в сравнение с b. Това увеличение на дължината на оптичния път на лъча 13 в сравнение с 12 може да бъде компенсирано чрез намаляване на индекса на пречупване в определен участък от плочата с дължина X със стойността Ape с помощта на електрическо поле, приложено по протежение на оптичната ос на кристала (ос OZ). Следвайки обозначението на фигура 3, условието за равенство на оптичните дължини на пътя на лъчите 12 и 13 може да бъде записано във формата
Това съотношение определя формата на електродите, които се отлагат върху повърхностите на плочата, перпендикулярни на оста OZ.
В единични кристали за необикновена вълна
Lpe = - ne zze. ч
2 (7) Тогава (6) може да се запише като з ; = bne rzze = const. (1)
При непроменена форма на електродите стойността на bne zzE трябва да остане постоянна и следователно с намаляване, например, на силата на полето E, фокусното разстояние b ще се увеличи съответно. оптичендължината на пътя на лъчите, падащи върху входната повърхност в рамките на една зона до фокуса.
Нека плоска линейно поляризирана монохроматична вълна падне върху плоча от едноосен кристал, изрязан успоредно на оптичната му ос, по посока, перпендикулярна на оптичната му ос (фигура 3). Лъч 12. минава по оста OX (ос на фокусиращия елемент), лъч 13 минава в кристала успоредно на лъч 12 на разстояние y от него в рамките на същата зона. За да може плоската вълна да бъде фокусирана на разстояние b от изходната повърхност на плочата, е необходимо оптичните дължини на пътя на лъчите 12 и 13 от равнината X = O до фокуса да бъдат еднакви. Фигура 3 показва, че лъчът 13 във въздуха изминава път, по-голям със стойността h, която, както следва от геометрични съображения, е равна на
Както се вижда от (1), профилът на електродите има формата на парабола. За да бъде елементът плосък и достатъчно тънък, профилите на електродите във всяка зона трябва да са части от тази парабола, . които се образуват чрез разрязването му с линейни сегменти, успоредни на оста OY и отдалечени един от друг на разстояние d, и прехвърлени успоредно на себе си в равнината X \u003d 0
От (1) също се вижда, че трябва да се използват лъчи с изключителна поляризация. Това ограничение е въведено, тъй като използването на нелинейните свойства на кристала за извънредна вълна увеличава фокусиращите свойства на елемента и прави възможно да се осигури работата на устройството при лесно постижими стойности на напрегнатостта на електрическото поле в кристала < -10 V/cm или по-малко>. За
4 обикновени вълни, ефектът се проявява, но много по-слаб.
За дадена дебелина на кристала d, поради електрооптичния ефект, в него може да се компенсира максималната оптична разлика в пътя, равна на
L max \u003d d L ne \u003d d -neI33E.
Максималната разлика в пътя трябва да бъде кратна на цяло число дължини на вълните Amaxd Lpe
\u003d m 1, откъдето m \u003d - "a -", където m е цяло число, На фиг. 2 може да се види, че за осигуряване на работоспособност външната граница на k-тата зона трябва да бъде на разстояние b + k m L, от точка B. По този начин разстоянието от B до краищата на съседните зони се различава с постоянна стойност, равна на m L, Например, на фиг. 2, за 3-та зона, това разстояние
Равно на b + 3gp Лили b + - ne gzbE.
Координатата Yk на външната граница на k-тата зона може да се определи (виж фиг. 2) от
2 или за не твърде голям брой зони k uk \u003d mob l \u003d 9,4 mm, радиусът на последния 30-ти еон на gzo
= 51,4 мм. За сравнение посочваме, че в про. totype r> = 0,5 µm, d = 0,6 µm. Така радиусите на зоните в предлаганото устройство са 12 пъти по-големи от радиусите на зоните в прототипа, а максималната дълбочина на електродния профил е 10 пъти по-голяма от дълбочината на прототипния профил.
С тези параметри устройството направи възможно фокусирането на радиацията в прав сегмент от bmin = 1 до oo.
Използването на кристал с електрооптичен ефект като фокусиращ елемент в това устройство и създаването на електрическо поле със специална конфигурация в него, осигурено от предложената форма на електродите и избора на подходящи параметри на устройството, благоприятно отличава предложеното устройство от прототипа, тъй като в предложеното устройство, първо, общите размери на зоните са увеличени, което позволи значително да се опрости технологията на неговото производство, и по-специално, 5
50 sti, за реализиране на плавна, а не стъпаловидна, както при конвенционалните фокусери, промяна на оптичната дебелина във всяка зона, и второ, проблемът с контролирането на позицията на фокусираното лъчение в пространството е решен.
Предлаганото устройство е сравнително лесно за производство. тъй като операциите за изчисляване и отлагане на електроди върху кристал могат да се извършват с помощта на стандартно компютърно и фотолитографско оборудване и има висока производителност.
Може да се използва за оптична локация и комуникация, създаване на съвременни информационно-сканиращи системи и в оптично оборудване.
Икономически ефект може да се получи както при производството на предлаганото устройство поради неговото опростяване в сравнение с прототипа, така и при неговото използване, поради разширяването на функционалността по отношение на осигуряването на безинерционно управление на фокусното разстояние. Изглежда възможно да се определи икономическият ефект само при конкретно приложение на устройството.
Фокусиращият елемент е направен под формата на правоъгълен паралелепипед от оптически прозрачен материал със зони с променлива оптична дебелина, разположени симетрично спрямо оста на елемента, чиято стойност се променя рязко при преминаване от една зона към друга, характеризираща се с това, че за опростяване на елемента и осигуряване на дискретно управление на фокусното разстояние за линейно поляризирано лъчение, в него допълнително се въвежда източник на енергия, нелинеен едноосен кристал се използва като материал, чиято оптична ос е перпендикулярна на оста на елемента, върху лицата, перпендикулярни на оптичната ос на кристала В клетките на елемента се прилагат електроди, свързани към източник на захранване, разделяйки кристала на зони, а профилът на електродите във всеки еон се формира от частта от параболата, съответстваща на тази зона1
/x = bne gzzE = прод.$
2 3 където и е изключителният индекс на пречупване на кристала; gzz - електрооптичен коефициент;
E е силата на електрическото поле в кристала; b е фокусното разстояние, измерено от изходната повърхност на кристала, а външната граница на всяка зона е отделена от фокуса на разстояние, равно на
b + — l(dAe gzzE
2, където d е дължината на елемента
k е номерът на зоната.
Техред М. Моргентал. Коректор Н. Милюкова
Производствено-издателски завод "Патент", Ужгород, улица Гагарина, 101
Поръчка 771 Тираж Единичен
ВНИИПИ на Държавния комитет за изобретения и открития към Държавния комитет за наука и технологии на СССР