Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
15
Рис. 1.2. Взаимная ориентация внешнего приложенного поля Е0 и направления распространения световой волны К при наблюдении продольного (а) и поперечного (б)
электрооптических эффектов.
Соответственно
Афое = -Щ- пъгаЕ\\с1=Щ~п*гии.
(1.17а)
Здесь U — напряжение, приложенное к кристаллической пластинке; т41 — соответствующий электрооптический коэффициент, где индекс 41 вводится вместо индексов ijl, где ijl = 321 или 231.
Специфической характеристикой силы электрооптического эффекта является так называемое полуволновое напряжение U^/2. Это такое значение приложенного напряжения U, когда Дфое становится равным я. Полуволновое напряжение
Х (1.18)
^Ji/2 —
2 п3г.
Очевидно, что оно различно для различных срезов кристалла. Однако в справочниках обычно указывается U%/i Для такого среза, где полуволновое напряжение минимально. При достижении Дфое = я происходит изменение поляризации суммарной волны (суперпозиции обыкновенного и необыкновенного лучей) на выходе из кристалла на 90° (один из примеров показан на рис. 1.2). При этом кристалл эквивалентен так называемой полуволновой пластине. Если на входе в кристалл луч света был поляризован вертикально, то на выходе из кристалла — горизонтально. При произвольном значении Дф06 поляризация на выходе оказывается эллиптической.
Если применяется геометрия поперечного электрооптического эффекта, то
Аф0е ¦—
2я/г841? j_ dp
(1 • 19>
где р — численный коэффициент, 1 в зависимости от среза кристалла; Ех—поле, приложенное в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения света. В данном случае эффект определяется величиной поперечного поля, а не разностью потенциалов, как это было для продольного эффекта.
16
У
Рис. 1.3. Прохождение линейно поляризованного света через электрооптический
кристалл.
1 — кристалл, 2 — анализатор, 3 — направление оси анализатора, — исходная световая волиа с вертикальной' поляризацией, Aq и Aq— ее обыкновенная и необыкновенная компоненты, А — эллиптически поляризованная волиа на выходе кристалла, AQn^ — горизонтально линейио поляризованная волиа на выходе анализатора.
Изменение состояния поляризации света на выходе из кристалла вследствие различной фазовой задержки для обыкновенного и необыкновенного лучей может быть трансформировано в изменение интенсивности света с помощью анализатора поляризации. Так» если на входе в кристалл свет поляризован вертикально, а за кристаллом (рис. 1.3) имеется поляризатор с осью пропускания, направленной горизонтально, то в общем случае при произвольном значении Дфое интенсивность света на выходе после анализатора /->. описывается выражением
MA<Poe) = 't sW* ^2^' (1-20>
Здесь /| — интенсивность света на входе.
1.3.2. Электрооптические эффекты во внутренних неоднородных полях
Понятия продольного и поперечного электрооптических эффектов, а также полуволнового напряжения широко используются при поляризационных методиках исследования электрооптических сред и описании электрооптических модуляторов света. Вообще говоря, эти понятия используются и при изучении фоторефрактивных кристаллов, однако в таком случае они приобретают некоторые новые оттенки. Связано это с тем, что электрооптический эффект возникает не во внешнем приложенном поле, а во внутренних полях, образовавшихся в кристалле в результате освещения записывающим светом, а также с тем, что практически всегда рассматривается неодно-
2 М . П. Петров и др.
17
родное (кйк по величине, так и по направлению) поле в кристалле. Приведем примеры.
А. Традиционно понятия «продольный» и «поперечный» эффзкты определяют взаимную ориентацию приложенного электрического лоля к кристаллу и направление распространения света. Однако в фоторефрактивном кристалле интересующий нас электрооптиче-ский эффект возникает за счет внутренних полей благодаря появлению неоднородного пространственного заряда, т. е. поля ?sc. Поэтому определение продольного и поперечного эффектов теперь уже относится к ориентации направления распространения света по отношению к направлению поля пространственного заряда внутри кристалла. Роль внешнего поля в данном случае может быть совершенно несущественна, так как внешнее поле может прикладываться лишь для того, чтобы обеспечить дрейф носителей заряда. В случае диффузионного механизма записи внешнее поле вообще отсутствует.
Б. В фоторефрактивных кристаллах, в особенности для когерентно-оптических систем, очень широко используется явление дифракции света на решетках показателя преломления. В этом случае (в дифракционном эксперименте) необходимо рассматривать вариации показателя преломления в отдельности для обыкновенного или необыкновенного луча, поскольку дифракция света может происходить совершенно независимо для обыкновенного и необыкновенного лучей. При этом важно изменение каждого показателя ¦преломления п0 или п'е в отдельности, а не их разности. В частности, иногда п0 и п'е одинаковым образом зависят от электрического поля, и изменения двулучепреломления или Афое не возникает, т. е. поляризационной методикой эффект не регистрируется. В то же время в дифракционном эксперименте возможно независимо обнаружить изменения п0 и п'е. При этом иногда оказывается тоже удобно ввести понятие полуволнового напряжения, но его смысл и величина оказываются несколько другими. В этом случае полуволновое напряжение означает такое напряжение, при котором происходит изменение фазовой задержки на п для отдельного луча (или обыкновенного, или необыкновенного). Таким образом, здесь полуволновое напряжение оказывается разным для разных лучей (обыкновенного или необыкновенного) и его величина может быть как выше, так и ниже, чем для первоначально приведенного Ux/2-
