ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА
SPACE-TIME LIGHT MODULATOR

Изобретение относится к квантовой электронике, конкретно, к модуляторам оптического излучения, и может быть использовано в лазерной локации, в системах наведения излучения.
В рамках заявки в качестве пространственно временного модулятора света рассматривается элемент, осуществляющий фазовую модуляцию светового излучения.
Известен пространственно-временной модулятор света (ПВМС) (А.А.Васильев и др. Пространственные модуляторы света. - М.,: Радио и связь, 1987, стр.63). Модулятор представляет собой базу из электрооптического материала со световыми ячейками, размещенными между управляющими электродами, регулярно расположенными на поверхности базы.
Недостаток данного модулятора заключается в том, что из-за малой толщины электрооптического материала и расположения электродов на поверхности базы существует вероятность выгорания электродов вследствие световой абляции или поверхностного пробоя. Малая толщина электрооптического материала базы требует подачи высокого управляющего напряжения для набора соответствующей разности фаз между продольной и поперечной компонентами световой волны, также приводящего к поверхностному пробою.
Известен ПВМС (патент RU 02040090, 20.07.95), представляющий собой базу из твердофазного электрооптического материала с оптически обработанной поверхностью в плоскости, перпендикулярной падающему лазерному излучению. База представляет собой одномерную матрицу световых ячеек прямоугольной формы, размещенных между управляющими электродами, заглубленными в материал базы, и работающих на поперечном электрооптическом эффекте. Выводы электродов подключены к печатной плате для подачи управляющих напряжений. Вся конструкция размещена в корпусе.
В данном модуляторе существует вероятность выгорания электродов и требуется высокое управляющее напряжение, кроме того, значительная ширина электродов приводит к образованию непрозрачных для излучения участков рабочей ячейки из-за существования затененных электродами зон.
Задача заключается в разработке надежного в эксплуатации и энергетически выгодного модулятора света.
Технический результат состоит в повышении надежности модулятора за счет снижения вероятности электрического пробоя между электродами, в повышении климатической устойчивости модулятора и в уменьшении площади непрозрачных зон модулятора; кроме того, в уменьшении управляющего напряжения за счет повышения однородности электрического поля между электродами в объеме электрооптического материала.
Данный технический результат достижим за счет того, что в отличие от известного пространственно-временного модулятора света, содержащего установленную в корпусе базу из твердофазного электрооптического материала с оптически обработанной поверхностью в плоскости, перпендикулярной падающему световому излучению, база представляет собой расположенные в одномерной регулярной структуре световые ячейки, работающие на поперечном электрооптическом эффекте, с базой контактируют электроды с выводами электрических контактов, в предложенном модуляторе в материале базы периодически расположены сквозные электроды таким образом, что база представляет собой регулярную матрицу из световых ячеек, разделенных электродами.
Корпус модулятора может быть выполнен герметичным с прозрачными окнами для прохождения излучения, иметь герметичные разъемы для подачи управляющих напряжений на электроды и при этом заполнен электропрочным газом.
В конкретном исполнении модулятор может быть выполнен таким образом: база выполнена из просветленной электрооптической керамики, в качестве электродов использованы металлические фольги, база смонтирована на просветленной подложке из прозрачного изотропного оптического материала, электроды защищены по всей длине в двух плоскостях, подверженных световому излучению, защита выполнена в виде зеркальных полосок, нанесенных на прозрачные окна напротив электродов или на сами электроды.
Кроме того, в модуляторе выводы электрических контактов электродов могут быть изолированы.
Толщина базы модулятора может быть выбрана из условия ее сопоставимости с поперечным размером световой ячейки.
Наличие в базе модулятора сквозных электродов, периодически расположенных таким образом, что база представляет собой регулярную одномерную матрицу из световых ячеек, разделенных электродами, позволяет снизить вероятность пробоя за счет увеличения рабочей ширины электрода.
Кроме того, помещение модулятора в герметичный корпус с окнами, заполненный электропрочным газом, например элегазом, при наличии на корпусе герметичных электрических разъемов позволит устранить возможность электрического пробоя при подаче управляющего напряжения.
При выполнении электродов в виде фольг толщина электродов может быть значительно уменьшена по сравнению с толщиной электродов в прототипе, что уменьшит размеры непрозрачных для излучения участков рабочей ячейки.
Размещение модулятора в герметичном корпусе позволит защитить его от воздействия климатических факторов.
Обеспечение защиты электродов от светового излучения позволит избежать повреждения электродов излучением за счет световой абляции.
Выбор геометрии базы, исходя из условия сопоставимости ее толщины с поперечным размером ячейки, позволяет добиться высокой равномерности электрического поля в конкретной ячейке за счет расположения ее в плоском электрическом конденсаторе, образованном соседними электродами. При этом является возможным увеличение размера ячейки в направлении распространения излучения и уменьшение управляющего напряжения модулятора, поскольку управляющее напряжение обратно пропорционально оптическому пути излучения в электрооптическом материале.
На чертеже схематично изображен модулятор (вид сверху).
Модулятор представляет собой базу (1) из электрооптической керамики. Технологически база является составной и набрана в виде регулярной структуры из световых ячеек (2) прямоугольной формы в сечении, перпендикулярном падающему световому излучению, между которыми расположены электроды в виде фольги (сквозные электроды в теле базы) (3). База смонтирована на подложке (4) из плавленого кварца в качестве ее держателя в корпусе. База с электродами помещена в герметичный корпус (5) с окнами из стекла К8 (6) с нанесенной на них напротив электродов с обеих сторон зеркальной защитой (7). Корпус заполнен элегазом при давлении 1.1-2 атм. Электроды через изолированные выводы (8) контактов связаны с источником управления (9).
При подключении источника управления (9) через выводы (8) на электроды (3) подается управляющее напряжение, в выбранной световой ячейке (2) возникает поперечный электрооптический эффект. На выходе ячейки образуется модулированное по фазе излучение. Излучение проходит через окна (6). Далее модуляция поляризации излучения преобразуется в амплитудную с помощью дополнительных поляризаторов. Посредством этого формируется соответствующее распределение интенсивности в плоскости модулятора, в конкретном случае лазерного излучения.
В результате усовершенствования модулятора снижена вероятность электрического пробоя между электродами, а, кроме того, обеспечено повышение климатической устойчивости модулятора и уменьшение площади непрозрачных зон модулятора.