Модуляторы

Модулятор предназначен для управления интенсивностью лазерного луча по принципу «да - нет» в процессе вывода и ре­гистрации графической информации. В лазерных фотонабор­ных автоматах применяются электрооптичечкие (ЭОМ) и акустооптические (АОМ) модуляторы

Принцип работы ЭОМ основан на линейном электрооптичес­ком эффекте. При воздействии на электрооптический кристалл электрического поля в результате двойного лучепреломления изменяется направление поляризации прошедшей через крис­талл световой волны. Если электрооптические кристаллы (рис. 10.5. а) поместить между поляризаторами с ортогонально на­правленными осями поляризации и на вход этой системы на­править лазерный пучок с поляризацией, соответствующей по­ляризации входного элемента, то при отсутствии напряжения на электродах кристаллов световой поток на выходе второго поля­ризатора (анализатора) будет отсутствовать. При подаче на элек­троды управляющего напряжения возникнет выходной световой поток, интенсивность которого достигает максимума при неко­тором значении этого напряжения, называемого полуволновым. Зависимость интенсивности выходного светового потока от управляющего напряжения определяется выражением:

, (10.1)

-где интенсивность входной световой волны; - показатель преломления кристалла для обыкновенной волны; - элект­рооптический

Таким образом, изменяя напряжение, подавае­мое на электроды, можно осуществлять модуляцию светового потока. Время переключения электрооптического модулятора из одного состояния в другое может составлять всего с и ме­нее. Для переключения ЭОМ требуется высокое управляющее на­пряжение, превышающее 100 В. К недостаткам ЭОМ кроме ис­пользования высокого управляющего напряжения следует от­нести зависимость параметров от температуры и низкий коэф­фициент контрастности (порядка 100), представляющий собой отношение максимальной и минимальной световой мощности излучения, которое проходит через модулятор. В последнее вре­мя модуляторы этого типа уступают место акустооптическим.

Рис. 10.5. Устройство акустооптического модулятора:

1 - акустооптическая среда (акустопровод); 2 - пьезопреобразователь; 3 - поглотитель; 4 – диафрагма.

Принцип действия АОМ основан на дифракции поляризован­ного света на бегущей ультразвуковой волне в оптически про­зрачном материале. Если на акустопровод (рис. 10.5), в котором с помощью пьезоэлектрического преобразователя возбуждена бегущая ультразвуковая волна, подать пучок света, то благодаря возникновению участков сжатия и растяжения, различаю­щихся между собой показателем преломления, эта область акустопровода будет действовать на падающий свет как дифракци­онная решетка. Световой пучок, дифрагируя на решетке, обра­зует несколько выходных пучков - максимумов интенсивности излучения различных порядков, разнесенных в пространстве по направлению.

Особый практический интерес представляет случай, когда свет (лазерный пучок) направляется на кристалл под так назы­ваемым углом Брэгга, который определяется равенством:

, (10.2)

где - длина ультразвуковой волны в акустооптическом кри­сталле.

При условии:

(10.3)

наблюдается так называемая дифракция Брэгга, которая харак­теризуется тем, что интенсивности всех дифракционных макси­мумов, кроме становятся пренебрежимо малыми. В процессе модуляции лазерный пучок может или проходить через акустооптический кристалл без изменения направления и интенсивно­сти, или переходить в дифрагированный пучок, преломленный под углом Брэгга. Интенсивность света в направлении этого утла:

, (10.4)

-где - интенсивность света при отсутствии ультразвуковой вол­ны; -мощность ультразвуковой волны; и -соответственно длина и высота акустооптического кристалла; -эффективный упругооптический коэффициент; -скорость распространения звука в кристалле; - плотность акустооптической среды.

Эффективность дифракции определяется как отношение силы дифрагированного , и падающего света .

АОМ работает следующим образом (см. рис. 10.5): луч света проходит через кристалл и попадает на диафрагму, которая преграждает ему путь. В этом случае модулятор прерывает све­товой поток. При подаче на кристалл акустической волны с по­мощью пьезопреобразователя наблюдается явление дифракции, и из кристалла выходит луч света . Направление этого луча вы­бирают так, чтобы оно совпадало с направлением оптической оси системы. В этом случае модулятор открыт, а для прерывания све­тового луча отключают пьезопреобразователь. Допустимые час­тоты модуляции для АОМ определяются упругооптическими свой­ствами акустической среды и временем прохождения акустичес­кой волны через апертуру светового луча и достигают 10 МГЦ.

Основные преимущества АОМ по сравнению с ЭОМ - низ­кие управляющие напряжения (порядка 10 В), высокий коэф­фициент контрастности (до 1000), независимость параметров модуляции от температуры, использование неполяризованного света, отсутствие в конструкции модулятора склеек оптических элементов, что существенно уменьшает потери света, возмож­ность работы в режиме модулятора и дефлектора.