Устройство для получения коротких оптических импульсов

Предлагаемое техническое решение относится к области физической оптики и может быть использовано для генерации пар коротких оптических импульсов с заданным временным промежутком между ними.
Наиболее часто в качестве устройств для получения коротких световых импульсов используют электрооптические модуляторы и затворы [1, 2]. Наиболее близким по сути решаемой задачи является устройство, схема которого представлена в [3] на странице 28, Рисунок 1.6. Известное устройство работает следующим образом: в исходном положении свет не пропускается системой скрещенных поляризаторов. При подаче на электрооптический фазовый модулятор импульсного напряжения, создающего фазовый сдвиг равный половине длины волны падающего монохроматического излучения, поляризация падающего на модулятор света повернется на 90°, и световой импульс возникнет на выходе этого устройства. Возможность получения коротких световых импульсов в известном устройстве ограничивается инерционностью электрооптического модулятора. Электрооптические модуляторы на продольном эффекте Поккельса в электрическом отношении представляют собой конденсаторы емкостью в несколько десятков пикофарад. В сочетании с внутренним сопротивлением генератора управляющих импульсов, сопротивлением подводящих проводов и электродов эта емкость образует RC-цепь, препятствующую скорости изменения управляющего напряжения, что в итоге и ограничивает возможности этого устройства в получении коротких световых импульсов.
Схема предлагаемого авторами устройства представлена на Рисунке 1, где:
1 - монохроматический источник света,
2 - коллиматор,
3 и 5 - скрещенные поляризаторы,
4 - электрооптический фазовый модулятор на продольном эффекте Поккельса,
6 - фазосдвигающая пластина, обеспечивающая сдвиг между обыкновенным и необыкновенным лучами величиной Nλ, где λ - длина волны монохроматического света, N - целое число,
7 - дополнительный поляризатор.
λ/2
8 - генератор управляющих электрических импульсов амплитудой U.
При этом фазосдвигающая пластина 6 ориентирована так, что ее оси составляют угол 45° к оси поляризатора 5, а ось дополнительного поляризатора 7 составляет 90° с осью поляризатора 5.
0
2
1
3
1
3
0
Предлагаемое устройство работает следующим образом: при подаче управляющего импульса от генератора 8 на электрооптический фазовый модулятор 4 на выходе поляризатора 5 появится поляризованный оптический импульс длительностью t, повторяющий форму управляющего электрического импульса. Для простоты изложения форма управляющего импульса принята прямоугольной (Рис 2). В фазосдвигающей пластине 6 оптический луч разложится на два луча, ортогонально поляризованных (обыкновенный и необыкновенный). Интенсивность этих лучей будет одинаковой, потому что оси пластины 6 составляют угол 45° с осью поляризатора 5. При этом импульс, образованный необыкновенным лучом, будет на Nλ опережать обыкновенный (рисунок 2б). На отрезке времени Δt в пластине существуют оба луча, и результирующая поляризация останется вертикальной, так как сдвиг на Nλ не изменит поляризацию (рисунок 2б). Дополнительный поляризатор 7 в этот интервал времени не пропускает свет, потому что он ориентирован под 90° к поляризатору 5. В интервале времени Δt в пластине существует только обыкновенный луч, а в интервале Δt - только необыкновенный. Вследствие того, то они поляризованы под углами +45° и -45° относительно поляризатора 7, они будут пропущены поляризатором 7 с уменьшенной амплитудой. На выходе мы имеем два коротких световых импульса длительностью Δt=Δt=(1/c)×Nλ, где с - скорость света. Интервал времени между этими импульсами равен длительности исходного импульса и составит Δt.
Таким образом, при работе устройства на выходе его вместо одного импульса получается два значительно укороченных.
0
1
3
-9
8
-1
-14
Так, например, при длине волны λ равной 500 нм и величине N равной 100, длительность каждого из импульсов составит Δt=Δt=100×500×10м/3×10 м×с=77×10 с. С уменьшением N кратно уменьшается длительность каждого из этих импульсов.
Достигаемый технический эффект заключается в том, что вместо исходного оптического импульса, генерируемого обычным электрооптическим модулятором, предлагаемое устройство позволяет получать пару ультракоротких импульсов, длительность каждого из которых на несколько порядков величины меньше исходного. При этом, изменяя длительность исходного импульса, можно регулировать временной интервал между полученными ультракороткими импульсами, устанавливая его на заданную величину. Такая возможность может оказаться очень полезной, например, при измерении скоростных свойств фотоприемников или при исследовании быстропротекающих процессов.
К недостаткам предлагаемой полезной модели можно отнести уменьшение амплитуды по сравнению с исходным импульсом. Однако, для многих измерительных экспериментов в физической оптике это не столь существенно и является вполне приемлемой платой за радикальное сокращение длительности импульсов на несколько порядков.
Список использованной литературы:
[1] Бережной А.А., Электрооптические модуляторы и затворы // Оптический журнал, 1999, №7, 11.
[2] Строганов В.И., Толстов Е.В., Криштоп В.В., 2005, Электрооптический затвор, Патент РФ на полезную модель №53025.
[3] Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света., 1970, Изд-во Наука, стр. 28, Рис. 1.6.