|
Рис. 3.19
Если в какой-то момент времени (например, для продольного эффекта Поккельса) поле Е„ луча на входе в кристалл находится под углом 45° к направлениям поляризации хх и х2 и волны, поляризованные в этих направлениях, синфазны, что соответствует рис. 3.19,а, то после прохождения лучом пути длиной С у этих волн появилась разность фаз Дф " к.
Последнее означает, что одна из волн изменила фазу на тс (то есть направление) по отношению ко второй волне, поле Е которой мы будем считать направленной вертикально, так же как и в первый момент (рис. 3.19,6). То есть результирующее поле IL изменило направление своей поляризации на тс/2. Из подобных рассуждений так же следует, что при Дф = 7с/2, когда обе волны окажутся сдвинутыми по фазе на 90°, результирующий вектор /Д будет иметь круговую поляризацию.
Рассмотренные примеры позволяют признать эффективным применение электрооптических и магнитооптических эффектов для модуляции оптического излучения. Известно, что существует четыре вида модуляции в зависимости от изменяемого параметра сигнала (фаза, частота, амплитуда или направление поляризации). Обратимся к случаю внешней модуляции, когда модулируются параметры уже сформированного луча. Поскольку волновой процесс описывается соотношением
то амплитудную модуляцию можно создавать вариацией параметра затухания среды а, а фазовую - вариацией показателя преломления п с помощью какого-либо из электрооптических эффектов. Например, фазовая модуляция производится пропусканием лазерного луча через ячейку Керра или Поккельса, на электроды которой подается модулирующий электрический сигнал.
Из всех возможных типов внешней амплитудной модуляции наибольшее распространение получили поляризационные модуляторы (рис. 3.20), в состав которых входят: поляризатор (1), ячейка Керра, Поккельса, или Фарадея (2), поворачивающая под влиянием полей Е или Н плоскость поляризации луча на 90°, и анализатор (3), который имеет плоскость поляризации, повернутую на 90° относительно плоскости поляризации поляризатора (1) (вариант!).
Рис. 3.20
Тогда при отсутствии поля Е в ячейке 2 не происходит поворота плоскости поляризации луча и луч через систему не проходит, а при включении поля Е луч проходит (на нижнем рис. 3.20 показана реализация (4) ячейки Фарадея (Ф), содержащей индуктивную катушку, внутри которой помещен кристалл, обладающий магнитооптическим эффектом).
В случае варианта 2 поляризатор 1 и анализатор 3 имеет параллельно расположенные плоскости поляризации, когда свет в отсутствие поля Е проходит через систему, а при его наличии не проходит.
Кроме использования постоянного поля Е для поворота плоскости поляризации (изменения п), можно изменять показатель преломления среды и соответствующий поворот плоскости поляризации, мощным импульсом света облучающего кристалл. При этом, за счет оптического эффекта Керра появляется возможность импульсной модуляции основного луча (импульсный затвор).
Ко второй группе эффективных методов амплитудной модуля- ции луча относятся интерференционные, которые лучше всего иллюстрируются с помощью интерферометра Фабри-Перо. В этом случае на обкладки, выполненные из полупрозрачного слоя металла, эталона Фабри-Перо, изготовленного из электрооптического материала, подают ЭП, изменяя величину которого можно управлять показателем преломления п, а значит резонансной частотой vp эталона и интенсивностью пропускаемого через него света, определенного частотой v. То же можно делать светом, создавая постоянное поле за счет детектирования света.
Элементы нелинейной оптики.
В уравнения Максвелла входят поля E и D, В и Н. Они связаны между собой материальными уравнениями. Величины ε и μ зависят от вещества, в которой поле распространяется, от частоты света, они могут быть скалярными (изотропная среда) или тензорными (анизотропная среда) величинами.
В уравнения Максвелла входят поля E и D, В и Н. Они связаны между собой материальными уравнениями
Величины ε и μ зависят от вещества, в которой поле распространяется, от частоты света, они могут быть скалярными (изотропная среда ) или тензорными (анизотропная среда) величинами. Но мы всегда предполагали, что эти величины не зависят от значений полей Е и Н. Благодаря этому уравнения Максвелла линейны и однородны. Для таких полей верен принцип суперпозиции. Все это верно для не очень сильных полей. Но, если поле сильное, оно само влияет на среду, в которой распространяется, и свойства среды меняются. Уравнения Максвелла становятся нелинейными, что ведет к нарушению принципа суперпозиции, а значит и закона независимости световых пучков. Оптику слабых (в указанном выше смысле) полей называют линейной оптикой, а оптику сильных полей – нелинейной оптикой.
«Сильное поле» – это поле, сравнимое с внутренними атомными и молекулярными полями. Оценим такое поле. Поле между электроном и ядром в атоме водорода .
В молекулах поле меньше. Таким образом сильное поле – это поле, порядка вольт/см. Что дают обычные (не лазерные) источники света? Среднее поле солнечного излучения вблизи поверхности Земли равно 7,2 вольт/см. Таким образом, нелазерные источники света характеризуются полями до 10 вольт/см, т.е. много меньше «сильных» полей. В этом случае независимость диэлектрической постоянной от поля Е выполняется с большой точностью. Случай сильных полей до открытия лазеров считался лишь умозрительным и всерьез не исследовался. Начиная с 1960г (изобретение ОКГ) положение изменилось – лазеры позволяют получать свет, в котором вольт/см.
Такие поля уже не могут считаться пренебрежимо малыми по сравнению с внутриатомными и внутримолекулярными полями. В них наблюдаются качественно новые, нелинейные явления, и притом не как малые поправки, а как явления крупного масштаба, получившие важные практические приложения.
Нелинейные эффекты можно несколько условно разделить на классические и квантовые. Классические эффекты могут быть объяснены как на «классическом» языке, с использованием представлений о световых волнах, так и на квантовом, с использованием квантовых представлений. Квантовые эффекты могут быть объяснены только на базе фотонных представлений.
Мы рассмотрим здесь только некоторые, наиболее важные, классические эффекты.
Do'stlaringiz bilan baham: |
