Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
За последнее время значительно возросла необходимость теоретических н экспериментальных методов построения многоканальных устройств управления пространственными характеристиками лазерного излучения. С эффективными методами управленій пространственными характернстшсамп лазерного излучения связаны успехи в области создашш когерентно - оптических систем обработки ішфор-мащш и адаптшзных лазерных систем.
Среди существующих методов многоканальной модулящш наиболее перспективными являются методы, основанные на электрооптическом эффекте. Это связано с относительной простотой управления, большими функциональными возможностями II монолитностью конструкции.
Электрооптический эффект заключается в изменении двупре-ломления многоканальных электрооптических модуляторов под действием электрического поля. В соответстшш с этим изменением происходит модуляция лазерного излучения при считывашш. Поэтому изменения показателя преломления и характер взаимодействия модулируемого света с веществом являются основными проблемами в области электр о оптических методов многоканальной модулящш.
Несмотря на важность с научной и практической точек зрения, систематических исследований по решению проблемы многоканальной модулящш света до настоящего времени не проводилось. Кроме того, до сих пор практически отсутствуют многоканальные модуляторы. Существуют отдельные разработки на шгобате лития, прозрачной сегнетокерамнке, жидких кристаллах, но они не удовлетворяют как по числу каналов, так и по контрастно - временным характеристикам. Поэтому вопросы многоканальной модуляции света, которым посвящена диссертационная работа, являются весьма актуальными.
Цель и задачи работы : изучение особенностей оптической ашізотрошш в электрооптическнх кристаллах, ішдущірованной внешними и внутренними электрическими полями при условии их сильной пространственной неоднородности, а также разработка на основе этих исследований принципов многоканальной модулящш света.
Для достижешш указанной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Разработать методшсу и провести расчет іштегрального іш-дуцированного изменения разности фаз световых волн при наличии пространственной ашізотрошш вдоль направления распространения света.
-
Исследовать особенности проявления ішдунированнон анизотропии и ее градиента в оптически - активных (гиротропных) кристаллах, а также влияние естественной анизотропии на поляризацию собственных волн.
-
Провести исследования особенности природы электрооптического эффекта в сегнетоэлектриках при наличии локальных структурных искажений и при упорядочении спонтанной поляризации, связанных с размытием фазового перехода.
-
Исследовать природу электрооптического эффекта в кристаллах молибдата гадолиния и эффекта локального переключения спонтанной поляризации.
5. Разработать и исследовать многоканальные модуляторы
света на продольном и поперечном электрооптическом эффекте в кри
сталлах силиката висмута, магношюбата свинца, прозрачной сегнето-
керамшш.
Научная новизна работы определяется рядом впервые полученных результатов и выводов, основные из которых можно сформулировать в виде следующих положений:
-
Впервые получены результаты комплексного исследования ішдуїпірованной оптической анизотропии с учетом особенностей физических свойств используемых электрооптическпх кристаллов: разработан и предложен метод расчета локализации электрических полей, локального изменения показате:гя преломления и шідугцірованного изменения фазы световой волны при многоканальной модуляции. Эти результаты имеют пріпщишіальное значение, поскольку относятся к новым явлениям и эффектам, связанным с проявлением ішдуцирован-ной отической анизотропии при многоканальной модуляции.
-
Впервые последовательно изучены и систематизированы электрооптпческне свойства кубических оптически активных (гиротропных) кристаллов без ограничений на параметры внешних воздействий.
Выявлен характер влияния дисперсионной зависимости оптической активности на полевые характеристики относительного пропускания света при использовании этих кристаллов.
-
Обнаружена и исследована фотошгдупированная неустойчивость локальной оптической анизотропии в кристаллах силиката висмута. Предложена физическая модель наблюдаемого эффекта.
-
Впервые показано определяющее влияние естественной анизотропии на формирование пространственного состояния поляризации собственных мод при электрооппгаеском эффекте в шгобате лития. Эти результаты имеют важное значение для понимания физических процессов, обуславливающих взаимодействие оптического излучения с веществом в условиях сильной нелинейности, создаваемой вне-
шннмп электрическими полями.
-
Исследовано влияние упругих: напряжений на особенности проявления электрооптического эффекта в прозрачной сегнетокерами-ке. Показано, что упругие напряжения, возникающие в прозрачной се-гнетокерамике при ее сіютезе, оказывают существенное влияние на характер проявления ее электрооптических свойств. Развитые теоретические представления в рамках феноменологического описания нашли хорошее подтверждение при экспериментальных исследованиях.
-
Экспериментально обнаружено проявление орпентационных процессов в формігровашш ітдуцпрованной оптической анизотрошш в монокристаллах магноштобата свинца.
Практическую ценность работы составляют:
1. Предложенный метод расчета локальных составляющих
электрического поля и ішдуїщрованной оптической аннзотропші в
электрооптических кристаллах, позволяющий рассчитывать парамет
ры многоканальных модуляторов при произвольных направлениях
распространения света и приложения электрического поля к электро
оптическому злеменіу.
-
Предложенные теоретические и экспериментальные методы оптпмизащш параметров оптически активных (гпротропных) электрооптических кристахлов при их пспользовашш в многоканальных модуляторах.
-
Проведенные исследования неустойчивости оптической анизотропии, позволяющие реализовать модуляцию вида: интенсивность фотоактпвного света - частота пульсаций.
-
Показанная возможность использования эффекта вращения собственных векторов поляризации в крпстахлах ниобата лития для увеличения пространственной развязки отдельных каналов многоканальных модуляторов.
-
Предложенные принципы локального переключения спонтанной поляризации в кристаллах молнбдата гадолиния, позволяющие увеличить плотность заполнения каналов модуляторов и их пространственную развязку.
-
Разработанные п созданные многоканальные электр о оптические модуляторы света, отличающиеся высокой эффективностью и большой допустимой расходимостью модулируемого светового излучения.
На защиту выносятся:
1. Методы расчетов локальных составляющих электрического поля, пространственного изменения показателя преломления и виду-
цированного изменения фазы световой волны в электр о оптических кристаллах при многоканальной модуляции.
2. Эффект фотоїшдуцпрованной неустойчивости локальной
оптической анизотропии и его теоретическое обоснование в кристал
лах силиката висмута.
3. Результаты анализа влияния оптической активности
(гиротрошш) и ее дисперсионной зависимости на электрооптическпе
свойства кристаллов силиката висмута.
-
Результаты исследования роли естественной анизотропии в формировании пространственного состояния поляризации собственных мод при электр о оптическом эффекте в кристаллах шгобата лития.
-
Результаты анализа влияния упругих напряжений на особенности проявления электрооптического эффекта в прозрачной се-гнетокерамике ЦТСЛ.
6. Разработка, расчет и результаты исследования многока
нальных электрооптических модуляторов света в кристаллах силиката
висмута, магношюбата свинца, ниобата лития и прозрачной сегнето-
керамике.
Личный вклад автора.
Все представленные в работе научные результаты и сформулированные на их основе научные положения принадлежат автору, получены и обоснованы им лично или при его непосредственном участии. Научному руководителю работы Бережному А.А. принадлежит постановка общей темы исследования, формулировка ряда конкретных задач и обсуждение полученных результатов. Отдельные соавторы оказывали техническую помощь при подготовке и проведении экспериментальных исследовашш.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались на 111 Всесоюзной конференции по вычислительной оптоэлектронике "Проблемы оптической памяти" г.Ереван, 1987г., 111 Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика", Ленштград, 1988г., смотре - конкурсе работ молодых специалистов, посвященном памяти академика А.А.Лебедева, Ленинград, 1988г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 134 страницах, в том числе 46 рисунков, 2 таблицы, списка литературы (121 наименование).
Похожие диссертации на Исследование многоканальной моделяции света в электрооптических кристаллах
