Модель трехэлектродного градиентного дефлектора на одноосных электрооптических кристаллах

Е. ПАНТЕЛЕЙ, В. Д. ПАРАНИН, О. Г. БАБАЕВ

Самарский государственный аэрокосмический университет им.  (национальный исследовательский университет)

МОДЕЛЬ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОГО ГРАДИЕНТНОГО ДЕФЛЕКТОРА НА ОДНООСНЫХ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ

В работе представлена конструкция градиентного оптического дефлектора, особенностью которой является использование линейного распределения электрического поля. В рамках линейного электрооптического эффекта развивается математическая модель дефлектора, приводятся расчеты координатного смещения светового пучка. Сделаны выводы практического характера относительно повышения углов отклонения дефлектора.

Электрооптические дефлекторы [1-3] – элементы, обеспечивающие непрерывное или дискретное отклонение светового пучка.

Конструкция предлагаемого дефлектора проходящего типа приведена на рис. 1. Устройство работает следующим образом. Параллельный световой пучок источника излучения 6 вводится в электрооптический кристалл 2, торцы которого полированы. Кристалл закреплен на подложке 1, выполненной из проводящего материала. На поверхность кристалла нанесены управляющие электроды 3, между которыми сформировано однородное высокоомное покрытие 4. Электроды и покрытие изолированы от окружающей среды защитным покрытием 5. При подаче различных потенциалов U1, U2, U3 на управляющие электроды и проводящую подложку в кристалле формируется постоянный градиент напряженности поперечного электрического поля Ez вдоль оси координат x. Данное поле обуславливает линейное изменение показателя преломления в направлении перпендикулярном направлению распространения светового пучка, что вызывает его отклонение.

Направление и величина отклонения луча, поданного на вход дефлектора, зависит от распределения управляющих потенциалов U1, U2 на соответствующих электродах. При отсутствии напряжений на электродах, луч света распространяется прямолинейно.

В работе предложена математическая модель дефлектора и получено координатное смещение светового пучка в виде формулы:

. (1)

При управляющих напряжениях до 100 В и длине электрооптического кристалла 1 см координатное смещение в ниобате лития составляет десятки микрометров. Данное смещение достаточно для создания градиентных модуляторов и коммутаторов с волоконно-оптическим вводом-выводом. Для увеличения смещения следует уменьшать толщину электрооптического материала, уменьшать межэлектродный зазор, применять более эффективные электрооптические среды. В этой связи привлекательны, например, электрооптические полимеры, наносящиеся жидкостным распылением или центрифугированием в виде слоев толщиной в единицы - десятки микрометров, обладающие значительными электрооптическими коэффициентами в десятки – сотни пм/В, хорошей пробивной прочностью в единицы – десятки В/мкм.

Работа выполнена при поддержке гранта Института международного образования, контракт № YF 12-03с.

Список литературы

1. Yanping G. Optical deflector. Патент 6,449,084 B1 США МПК7 G02F 1/29. Заявл. 09.05.2000 г., опубл. 10.09.2002 г.

2. Конойко А. И., Федоринчик  основы построения устройств оптической обработки сигналов. Мн.: БГУИР, 2007.

3. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.:Мир,1987.