Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции_Волс 16-5 2014.doc
Скачиваний:
355
Добавлен:
01.06.2015
Размер:
20.64 Mб
Скачать

5. Управление пространственными характеристиками оптического излучения

5.1. Основные определения

5.1.1 Под пространственными характеристиками понимаются расходимость луча и его положение в пространстве.

Как известно, расходимость луча определяется размером излучающей апертуры, а дифракционный предел составляет

[рад], (5.1)

где D- диаметр апертуры. В случае лазерного излучения с малой расходимостью под D можно понимать диаметр луча на выходе из резонатора. Для уменьшения или увеличения диаметра луча (расходимости) используются линзовые системы, называемые каллиматорами. При помощи линз можно осуществить как преобразование расходящегося пучка (например ППЛ) (рис.5.1,а) в параллельный, так и изменить диаметр пучка (рис.5.1,б) (на рис. 5.1, в показано условное обозначение линзы на оптических схемах).

Рис.5.1 Линзовые каллиматоры

5.1.2. Устройство для изменения положения светового луча в пространстве (сканирования) называется дефлектором. Дефлекторы бывают аналоговыми (с непрерывным сканированием) и цифровыми (с дискретными положениями луча в пространстве).

Параметры дефлекторов:

1. Разрешающая способность- количество лучей лазера, укладывающихся в секторе сканирования

, (5.2)

где - сектор сканирования;

2. Быстродействиеτ – время, за которое луч проходит сектор сканирования;

3 .Эффективность отклонения – отношение выходной интенсивности к входной (КПД)

. (5.3)

Сканирование может быть механическим (при помощи поворотных зеркал, призм, зеркальных барабанов), недостатком, которого является низкое быстродействие, и немеханическим- с использованием электрооптического, акустооптического и магнитооптического эффектов.

5.2. Электрооптические дефлекторы (эод)

5.2.1. Аналоговый электрооптический дефлектор (ЭОД) представляет собой призму из электрооптического материала, коэффициент преломления которой, а, следовательно, и угол преломления зависят от управляющего напряжения (рис.5.2,а).

Рис.5.2. Аналоговый ЭОД

На торцах призмы нанесены обкладки для подведения управляющего напряжения . На рис.5.2,б показан ход крайних лучей лазерного пучка с диаметромD, где - угол падения относительно нормали к входной грани призмы, - угол преломления внутри призмы, (n)- угол преломления на выходной грани призмы. Сектор сканирования:

, (5.4)

где n- пределы изменения n за счёт управляющего напряжения. Если расходимость падающего пучка определяется только дифракционным пределом (5.1), то N не зависит от , т. е

N=, (5.5)

где l – ширина основания призмы. Для снижения толщину призмыd нужно уменьшить до диаметра пучка D. Для реальных дефлекторов иногда применяется дополнительная неуправляемая призма (пунктир) для компенсации начального отклонения (по аналогии с компенсирующими отрезками, применяемыми в фазированных антенных решётках в радиодиапазон). Для двухкоординатного сканирования применяются две ортогональные призмы. Быстродействие  составляет примерно 1мкс.

5.2.2. Один каскад цифрового электрооптического дефлектора состоит из электрооптической ячейки с продольным эффектом Поккельса (ЭОМ), управляемой полуволновым напряжением-1 и пластинки из материала с двойным лучепреломлением-2 (рис.5.3).

Рис.5.3. Каскад цифрового ЭОД

Без управляющего напряжения () после прохождения ЭОМ входная вертикальная поляризация не изменяется, через пластинку-2 она будет распространяться какобыкновенная волна с коэффициентом преломления и выходить с направленияIвых1. При подаче на ЭОМ Uупр=U/2 поляризация станет горизонтальной и через пластинку будет распространяться с коэффициентом ne, как необыкновенная, под углом  к обыкновенной и выйдет с направлением Iвых2 на расстоянии h от Iвых1.

; h=ltg. (5.7)

Такая ячейка является одним каскадом цифрового ЭОД. Набором N ячеек с l, отличающейся в два раза, можно получить 2N положений выходного луча.

Для двухкоординатного сканирования в плоскости необходимо два блока ячеек (рис.5.4). Диафрагма и линзы применены для повышения разрешающей способности дефлектора. Применяются такие дефлекторы для голографических запоминающих устройств.

Рис.5.4. Двухкоординатный цифровой ЭОД

Рис.5.5. Трёхкаскадный цифровой ЭОД