ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА

Полезная модель относится к области квантовой электроники, а именно к средствам управления параметрами оптического излучения и может быть использовано в устройствах вычислительной техники, связи и системах управления.
Известна электрооптическая линза (Вдовин, Г.В. Жидкокристаллические линзы с перестраиваемым фокусным расстоянием. II. Численная оптимизация и эксперимент [Текст] / Г.В.Вдовин [и др.]. // Квантовая электроника. - 1999. - Т.26. - №3. - С.261-264.), включающая управляющие электроды, между которыми расположен слой жидкого кристалла с ориентирующими покрытиями и кольцом-прокладкой, причем один электрод выполнен сплошным, а другой имеет сквозное отверстие круглой формы.
Недостатками данного устройства являются сложность коррекции искажений волнового фронта, поскольку формируемая фазовая функция описанной структуры определяется только распределением электрического поля, которое для выбранной геометрии и физических свойств структуры является неизменным, что ограничивает область применения способа.
2
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрооптическая линза (А.С. №611167, МПК G02F 1/29, опубл. 15.06.1978, бюл. №22), включающая пластину, в которой под действием электрического поля наводится градиент показателя преломления, и прозрачные электроды, один из которых - высокоомный, снабжен контактными площадками, причем на высокоомном электроде последовательно размещены прозрачный изолирующий слой с круглым сквозным окном и низкоомный прозрачный электрод.
Недостатками данного устройства являются сложность коррекции искажений волнового фронта, поскольку нормированная фазовая функция описанной структуры, как и в предыдущем случае, определяется только распределением электрического поля, которое для выбранной геометрии и физических свойств структуры является неизменным, что ограничивает область применения способа.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей фокусировки светового пучка за счет реализации возможности коррекции волнового фронта и/или изменения фокусного расстояния.
Данная цель достигается за счет того, что в электрооптической линзе, содержащей набор электрооптических пластин, на противолежащие поверхности которых нанесены управляющие электроды с прозрачными изолирующими слоями, согласно предложенному техническому решению, управляющие электроды имеют кольцевую или круглую форму и выполнены из прозрачного материала с показателем преломления, равным показателю преломления прозрачных изолирующих слоев.
Сущность полезной модели поясняется чертежами,
где на Фиг.1 изображен вид сбоку, на Фиг.2 - вид сверху, где 1 - электрооптическая пластина, 2 - управляющие электроды, 3 - изолирующие покрытия, 4 - входящий световой пучок, 5 - сфокусированный световой пучок,
1
2
1
2
на Фиг.3 изображены приблизительные фазовые функции Δφ, Δφ формируемые каждой электрооптической пластиной с нанесенными управляющими электродами и прозрачными изолирующими слоями при использовании продольного электрооптического эффекта, а также вид суммарной фазовой функции Δφ+Δφ,
1Л
2Л
на Фиг.4 изображены фазовые функции Δφ, Δφ одинаковых электрооптических линз, на одноименные управляющие электроды которых поданы различные потенциалы,
на Фиг.5 изображены распределения интенсивности электрооптических линз, фазовые функции которых приведены на Фиг.4.
Электрооптическая линза работает следующим образом.
Световой пучок 4 (Фиг.1) проходит через электрооптическую пластину 1, на противолежащих поверхностях которых выполнены управляющие электроды 2 с нанесенным изолирующим покрытием 3 (Фиг.1, 2). При прохождении светового пучка через электрооптическую пластину формируется определенная фазовая функция, распределение которой по сечению светового пучка зависит от соотношения геометрических размеров электрооптической пластины 1, управляющих электродов 2, изолирующего покрытия 3 и их физических свойств. Затем световой пучок вводится во вторую электрооптическую пластину, где также формируется определенная фазовая функция и т.д. Таким образом, на выходе набора электрооптических пластин с нанесенными управляющими электродами и прозрачными изолирующими слоями световой пучок будет иметь фазовую функцию требуемого вида, что позволит осуществить коррекцию волнового фронта и/или изменить фокусное расстояние. Выполнение электродов из прозрачного материала с показателем преломления, равным показателю преломления прозрачного изолирующего слоя позволяет увеличить светосилу и устранить фазовые искажения, возникающие как следствие отличия длин оптических путей, проходимых световым пучком через прозрачные электроды и изолирующие слои.
1Л
2Л
Пример. Рассмотрим электрооптическую линзу, содержащую три электрооптические пластины, представляющие собой z-срез кристалла ниобата бария-стронция НБС:75 толщиной 20 мкм. На первую поверхность первой пластины нанесен сплошной прозрачный управляющий электрод, на вторую поверхность первой пластины - прозрачный электрод, имеющий форму круга с диаметром 50 мкм. На первую поверхность второй пластины нанесен сплошной прозрачный управляющий электрод, на вторую поверхность второй пластины - прозрачный кольцевой электрод со внутренним диаметром 50 мкм и внешним диаметром 150 мкм. На первую поверхность третьей пластины нанесен сплошной прозрачный управляющий электрод, на вторую поверхность третьей пластины - прозрачный кольцевой электрод со внутренним диаметром 150 мкм и внешним диаметром 250 мкм. Изолирующие слои на всех пластинных являются прозрачными, с показателем преломления, равными показателю преломления электродов. Распределение потенциалов управляющих электродов в первом случае формирует фазовую функцию Δφ, во втором - Δφ (Фиг.4), причем для выбранного электрооптического кристалла выполняется соотношение:
где Δφ - приращение фазы светового пучка, рад; λ - длина волны оптического пучка, м; U - разность потенциалов управляющих электродов, нанесенных на противолежащих поверхностях электрооптической пластины, В. Распределение интенсивности светового пучка, рассчитанное по формуле дифракции Френеля (Ахманов, С.А. Физическая оптика: учебник, 2 изд. [Текст] / С.А.Ахманов, С.Ю.Никитин. - М.: Наука, 2004. 656 с.), для первого и второго случаев приведено на Фиг.5 (обозначено цифрами 1 и 2 соответственно). Из Фиг.5 следует, что при изменении фазовой функции путем подачи на управляющие электроды различных потенциалов можно добиться изменения фокусного расстояния. А поскольку каждая пара электродов на различных поверхностях электрооптической пластины обеспечивает изменение фазовой функции, локализованное в области с размерами, приблизительно равными размерам электродов (Фиг.3), то возможна коррекция волнового фронта в различных участках сечения светового пучка.
Таким образом, обеспечивается фокусировка светового пучка и коррекция волнового фронта светового пучка.