Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ 10
1.1. Методы исследования оптических кристаллов 10
1.2. Интерференционно-поляризационные свойства двупреломляющих кристаллооптических элементов 14
1.3. Электрооптический эффект и его применение для модуляции света 17
1.4. Преобразование широкополосного ИК-излучения и линейный
эффект Керра в анизотропных кристаллах 23
ГЛАВА 2. ДВОЙНЫЕ КОНОСКОПИЧЕСКИЕ ФИГУРЫ В ПРИЗМАХ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ 26
2.1. Коноскопические фигуры в треугольных призмах 26
2.2. Расщепление лучей при отражении от грани призмы 32
2.3. Коноскопические фигуры и дополнительные лучи в призме
типа ромба Френеля 36
2.4. Модуляция лучей в призме типа ромба Френеля 43
Выводы 46
ГЛАВА 3. МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В КРИСТАЛЛАХ LiNb03 48
3.1. Изменение оптической индикатрисы при воздействии электрического поля 46
3.2. Электрооптический метод определения направлений кристаллофизических осей в кристалле LiNb03 51
3.3. Бесконтактный метод исследования оптической неоднородности кристаллов 54
3.4. Модуляция монохроматического излучения кристаллах ЫИЬОз 57
3.5. Модуляция немонохроматического излучения кристаллах LiNb03 61
3.5.1. Электрооптический затвор 64
3.5.2. Электрооптический модулятор 65
Выводы 69
ГЛАВА 4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКАЯ МОДУЛЯЦИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ В АНИЗОТРОПНЫХ КРИСТАЛЛАХ 70
4.1. Преобразование широкополосного ИК-излучения в кристалле LiNb03 70
4.2. Расчет спектров преобразованного широкополосного излучения в кристалле ЫЫЪОз 73
4.3. Влияние поляризации ИК-излучения на спектр преобразованного излучения в кристалле LiNb03 80
4.4. Электрооптическая модуляция широкополосного ИК-излучения в кристалле LiNb03 85
4.5. Электрооптическая модуляция широкополосного ИК-излучения в кристалле СаСОз 87
Выводы 92
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 96
- Методы исследования оптических кристаллов
- Коноскопические фигуры в треугольных призмах
- Изменение оптической индикатрисы при воздействии электрического поля
- Преобразование широкополосного ИК-излучения в кристалле LiNb03
Введение к работе
В современных оптических системах обработки и передачи информации широко используются электрооптические методы модуляции света.
Основным преимуществом электрооптических модуляторов и затворов является высокое быстродействие. Однако большая часть электрооптических устройств предназначена для работы с параллельными монохроматичными световыми пучками, что значительно ограничивает область их применения.
Принцип действия электрооптических модуляторов и затворов основан на линейном и квадратичном электрооптических эффектах. Для исследования электрооптических эффектов используются поляризационный метод и методы нелинейной оптики. Результаты исследований квадратичного электрооптического эффекта как нелинейно-оптического процесса, реализующегося на кубичной нелинейности кристалла, позволяют разработать принципиально новые электрооптические устройства.
Исследования электрооптической модуляции света с преобразованием по спектру в анизотропных кристаллах были проведены для кристалла кальцита (СаС03). При расчете спектра преобразованного излучения в кристалле кальцита, находящегося в электрическом поле, авторами не были учтены векторные взаимодействия, которые значительно повышают эффективность нелинейно-оптического преобразования.
Оптические методы обработки информации оказываются наиболее перспективными для решения ряда задач обработки тепловых изображений. Принцип действия приборов для визуализации теплового излучения основан на процессах генерации суммарных и разностных частот в нелинейно-оптических кристаллах.
В работах [1, 2] были проведены расчеты спектра преобразованного излучения и экспериментальные исследования влияния температуры ИК-объекта, ширины спектра накачки, поляризации и расходимости падающего пучка на процессы преобразования излучения в нелинейно-оптических кри- сталлах. Вместе с тем, некоторые вопросы, связанные с влиянием поляризации ИК-излучения на спектральную ширину преобразованного излучения и эффективность нелинейно-оптического преобразования, а также с возможностью электрооптической модуляции широкополосного ИК-излучения остались не до конца изученными.
Для использования нелинейных кристаллов в качестве преобразователей частоты необходимо, чтобы они удовлетворяли следующим требованиям: наличие больших значений нелинейной восприимчивости; существование фазового синхронизма для определенных типов взаимодействий; прозрачность в интервале взаимодействующих частот; хорошее оптическое качество и высокая радиационная стойкость.
Кристаллы ниобата лития являются наиболее перспективными кристаллами для целей электрооптической модуляции света и преобразования ИК-сигналов и изображений.
Ниобат лития LiNb03 - синтетический монокристалл, выращивается из расплава по методу Чохральского, Степанова, Бриджмена-Стокбаргера и флюсовым методом. Ниобат лития обладает рядом ценных качеств, который выделяет его из всех нелинейно-оптических и электрооптических кристаллов: негигроскопичность, высокая твердость, устойчивость к механическим воздействиям и резким колебаниям температуры, наличие большого нелинейного коэффициента, зависимость двулучепреломления от температуры, позволяющая получать синхронные взаимодействия при девяностоградусном синхронизме. Однако кристалл ниобата лития не обладает постоянством состава по всему объему, поэтому его показатель преломления может изменяться от точки к точке.
В настоящее время ведутся активные исследования влияния легирования, условий роста и процессов монодоменизации на оптическое качество кристаллов ниобата лития. В 2005 году одними из лучших в мире по стехиометрии и оптическим свойствам были признаны кристаллы LiNb03, выращенные в Российском центре лазерных исследований (Санкт-Петербург).
Диапазон применения кристаллов ниобата лития весьма широк, с их помощью достигнуты многие важные успехи в прикладной нелинейной оптике. В то же время, до сих пор остаются нерешенными некоторые проблемы, связанные с использованием этих кристаллов.
В связи с выше изложенным, проблема исследования электрооптических эффектов и нелинейно-оптических процессов в анизотропных кристаллах и создания устройств модуляции немонохроматического излучения является актуальной.
Целью диссертационной работы является исследование особенностей и закономерностей электрооптической модуляции и преобразования немонохроматического излучения в кристалле LiNbCb; исследование электрооптической модуляции с преобразованием по спектру в нелинейно-оптическом кристалле СаС03.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
Определение ориентации кристалло физических осей для кристалла ІЛМЮз при помощи поперечного линейного электрооптического эффекта.
Изучение механизма возникновения интерференционных аномалий (двойных коноскопических фигур) в призмах полного внутреннего отражения.
Расчет модуляционных характеристик, позволяющих выбрать оптимальные размеры кристалла для электрооптических модулятора и затвора; оценка допустимой расходимости светового пучка и изменения спектрального состава немонохроматического излучения.
Расчет и экспериментальное исследование спектров преобразованного в кристалле LiNb03 широкополосного ИК-излучения.
Расчет спектров преобразованного в кристалле СаСОз широкополосного ИК-излучения при реализации эффекта Керра, линейного по модулирующему полю.
Используемые методы исследований, методики расчетов и полученные в диссертационной работе результаты могут служить основой для создания оптических преобразователей излучения видимой области и инфракрасной области спектра.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 107 страниц машинописного текста и 34 рисунка. Список литературы содержит 112 наименований.
В первой главе рассмотрены методы исследования электрооптических и нелинейно-оптических кристаллов и описаны интерференционно-поляризационные свойства двупреломляющих кристаллических элементов, применяющихся в оптических системах для преобразования излучения. Проведен обзор теоретических и экспериментальных работ по исследованию электрооптического эффекта в анизотропных кристаллах и процессов преобразования теплового широкополосного излучения в нелинейно-оптических кристаллах.
Во второй главе приведены результаты исследований интерференционных аномалий в виде двойных коноскопических фигур в призмах полного внутреннего отражения, изготовленных из кристаллов СаС03, КН2Р04 и LiNbCb. Механизм формирования двойных коноскопических фигур объяснен на основе результатов экспериментальных исследований и анализа распространения лучей в призмах, вырезанных из одноосных кристаллов.
В третьей главе исследованы особенности и закономерности электрооптической модуляции монохроматического и немонохроматического излучения в кристалле ІлМЮз- Описан электрооптический метод определения направлений кристаллофизических осей в кристалле LiNb03. Предложен бесконтактный метод исследования оптической неоднородности кристаллов. Рассчитаны модуляционные характеристики, позволяющие оценить допустимую расходимость светового пучка и выбрать оптимальные размеры кристалла для электрооптических модуляторов и затворов. Показана возможность управления спектральным составом прошедшего немонохроматического излучения с помощью электрического поля. Разработана схема электрооптического модулятора немонохроматического излучения.
В четвертой главе приведены результаты теоретических расчетов спектров преобразованного в кристалле LiNbCb широкополосного ИК-излучения.
8 Исследовано влияние поляризации основного излучения на эффективность и спектральный состав преобразованного излучения. Рассмотрены особенности электрооптической модуляции широкополосного ИК-излучения с преобразованием по спектру в кристалле СаСОз.
На защиту выносятся следующие положения:
Возникновение интерференционных аномалий в виде двойных коноскопи-ческих фигур в призмах полного внутреннего отражения объясняется разбиением обыкновенных и необыкновенных лучей на s- и р- компоненты при отражении от грани призмы и образованием двух пучков лучей, которые формируют на экране две коноскопические фигуры.
Коноскопическая фигура, соответствующая двуосному кристаллу, которая возникает при приложении электрического поля к одноосному кристаллу LiNbCb, позволяет определить направления кристаллофизических осей.
В кристалле LiNb03 в условиях девяностоградусного синхронизма ширина и форма спектра преобразованного излучения определяется поляризацией ИК-излучения.
Электрооптический эффект Керра, линейный по модулирующему полю, позволяет реализовать векторные трехволновые взаимодействия в центро-симметричных нелинейно-оптических кристаллах.
Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались на конференциях:
Третьей Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2003» (Санкт-Петербург, 2003);
Международном оптическом конгрессе «Оптика-XXI век», «Прикладная оптика-2004» (Санкт-Петербург, 2004);
Четвертой Международной конференции «Фундаментальные проблемы опто- и микроэлектроники» (Хабаровск, 2004);
Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург - Красноярск, 2004,2005);
Международной конференции «Современные проблемы лазерной физики» (Новосибирск, 2004);
Пятой региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Хабаровск, 2005);
Четвертой Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2005» (Санкт-Петербург, 2005);
Международной конференции «Фундаментальные проблемы опто- и микроэлектроники» (Владивосток, 2005);
44-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности» (Хабаровск, 2006);
10. VIII краевом конкурсе молодых ученых и аспирантов «Наука - Хаба ровскому краю» (Хабаровск, 2006);
П. Третьем Международном симпозиуме «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (Самсоновские чтения) (Хабаровск, 2006).
Результаты исследований опубликованы в 21 научной работе и защищены патентом на изобретение [1-22].
Диссертационная работа связана с фундаментальной научно-исследовательской темой ОАО «РЖД» «Анизотропное отражение света и электрооптические свойства кристаллов», выполняемой на кафедре «Физика» Дальневосточного государственного университета путей сообщения.
Методы исследования оптических кристаллов
Для электрооптических и нелинейно-оптических кристаллов, применяющихся в оптическом приборостроении, важную роль играет оптическое качество кристаллов. При воздействии механических напряжений вследствие упругооптического эффекта или при воздействии электрического поля вследствие электрооптического эффекта возникает оптическая неоднородность кристалла, проявляющаяся в неоднородности оптических свойств по объему кристалла. Оптическая неоднородность также может быть обусловлена наличием температурных градиентов, приводящих к возникновению неоднородных по сечению кристалла деформаций [28-31]. Для исследования оптической неоднородности кристаллов чаще всего применяются поляризационно-оптические методы. Поляризационно-оптический метод исследования, основанный на пьезооптическом эффекте, дает возможность непосредственно видеть распределение механических напряжений внутри кристалла. По интенсивности и цветам возникающей интерференционной картины можно измерять величины, знаки и распределение механических напряжений. Однако количественные расчеты напряжений удается проводить лишь для немногих ориентировок, в которых направление осей оптической индикатрисы для индуцированного двулуче преломления совпадают с направлениями главных напряжений [30].
Величину индуцированного двулучепреломления можно определить, измерив угол между оптическими осями [31]. В работе [32] показано, что по величине наведенного двулучепреломления можно определить значение эффективного электрического поля в данной области кристалла.
Определение ориентировки оптической индикатрисы и угла между индуцированными оптическими осями при сильном искажении оптической индикатрисы проводят с помощью поляризационного микроскопа. При измерении малых углов 2V 5 применяют специальные оптические системы [33] или приставки к обычному поляризационному микроскопу [34]. Для измерения силы наведенного двупреломления используются различные типы компенсаторов [35].
В работе [36] разработан метод определения направления оптической оси в одноосных кристаллах. Для этого сравнительно толстую кристаллическую пластинку помещают между двумя скрещенными поляроидами. Если оптическая ось кристалла лежит в плоскости, параллельной направлениям поляризации поляризатора и анализатора, то вращением кристалла можно найти два взаимно перпендикулярных положения, в которых кристалл кажется непрозрачным. В одном из этих положений направление оптической оси параллельно направлению поляризации света, прошедшего через поляризатор. Затем кристалл помещают в сильно сходящийся (или расходящийся) пучок света. Если оптическая ось параллельна направлению наблюдения, то наблюдается коноскопическая фигура - система цветных концентрических колец с черным крестом в центре. С помощью описанного метода можно определить направление оптической оси с точностью до 1. Отмечено, что направления осей х и у не могут быть определены с помощью простых оптических методов.
Для монокристалла с естественной огранкой направление его осей можно определить по расположению и форме естественных граней. На практике кристаллографическую ориентировку грани можно установить по форме ямок травления или по характерному искажению формы отпечатка алмазного индентора, острие которого вдавливается в грань. Иногда кристаллографическую ориентировку определяют по фигуре удара, который образуется при резком ударе острием по поверхности кристалла [30]. Наиболее часто для определения направления кристаллографических осей используется рентге-ноструктурный анализ кристалла. Однако грубое определение ориентации осей в кристалле всегда полезно, так как, если у кристалла обработана грань, перпендикулярная оптической оси, предложенный [36] оптический метод оказывается более простым.
Наблюдение и регистрация коноскопических фигур являются актуальным современным методом исследования физических свойств кристаллов [37, 38]. В работах [39, 40] описан метод наблюдения аномальной двуосно-сти, при котором на поверхность кристалла, находящегося между скрещенными поляризаторами, помещали небольшие стеклянные полусферы. Данный метод позволяет получить представление о распределении ориентировок плоскостей оптических осей и величин угла оптических осей по кристаллу.
Коноскопические методы позволяют исследовать пластины и кристаллы значительной толщины, для которых наблюдаются более четкие интерференционные фигуры [38, 41, 42]. Применение расходящегося поляризованного излучения позволяет получить крупномасштабные, яркие и контрастные коноскопические фигуры [43]. В работах [46, 47] предложены методы контроля качества оптических сред, основанные на измерении пироэлектрического отклика от лазерного пучка [46] и визуализации параллельных доменов посредством пироэлектро-оптического эффекта [48].
Общепризнанным и наиболее надежным способом проверки качества нелинейного кристалла является исследование зависимости мощности генерации второй гармоники от температуры [36]. Для численной оценки качества нелинейного кристалла используется понятие эффективной длины взаимодействия 1,Эфф, которая может быть меньше или равна длине кристалла в направлении распространения взаимодействующих волн. Эффективная длина взаимодействия является мерой активной длины нелинейного кристалла, на которой сохраняется согласование фаз. Если і3фф равна длине кристалла, значит этот кристалл хорошего качества.
В обзорной статье [44] описаны оптические и неоптические методы, применяющиеся для характеристики состава и однородности монокристаллов ниобата лития, рассматриваются их характерные особенности, преимущества и недостатки. Главными требованиями, которые авторы предъявляют к методам, являются неразрушающий характер, точность, быстрота обработки, легкость и простота применения. Метод, основанный на измерении температуры Кюри, хорошо удовлетворяет данным требованиям. Наиболее перспективным, по мнению авторов, является метод, основанный на исследовании положения ультрафиолетового края поглощения в зависимости от состава кристаллов ниобата лития. В работе [28] для исследования оптической неоднородности кристаллов ниобата лития, предложен метод оценки мольной доли L12O в кристаллах ниобата лития, использующий особенности векторного синхронизма при генерации второй гармоники.
Для определения электрооптических коэффициентов кристаллов используют метод призмы, интерференционный, гетеродинный и интерференционно-поляризационный метод. В работе [45] приводится методика определения электрооптических коэффициентов в одноосных кристаллах при по 14 мощи интерферометра Фабри-Перо. Исследуются угловые характеристики электрооптического эффекта методами нелинейной оптики.
Анализ работ, посвященных измерению оптических нелинейностей, показывает, что в большинстве случаев измеряется относительная величина нелинейности. В работе [36] описан метод измерения оптических нелинейностей, известный как техника полос Мейкера. Зависимость мощности второй гармоники от угла поворота кристаллической пластинки представляет собой систему максимумов и минимумов. Измеряя угловое расстояние между соседними полосами Мейкера, рассчитывают эффективную длину кристалла, на которой генерируется наблюдаемая вторая гармоника и относительную величину измеряемого нелинейного коэффициента. Эффективность использования кристаллов в нелинейных процессах характеризуется параметром качества р = cf/n3, установленным Гюнтером, который определяется показателем преломления и коэффициентом нелинейной восприимчивости.
Для быстрой экспериментальной оценки величины нелинейности для большого числа новых материалов применяют метод измерения нелинейности кристаллических порошков, разработанный Куртцем. Данный метод позволяет выбрать материалы, из которых можно вырастить кристаллы, полезные для нелинейной оптики.
Наряду с оптическими методами для исследования кристаллов используются спектроскопические, дифракционные методы, электронная микроскопия, локальный химический анализ, рентгеноструктурный анализ.
Коноскопические фигуры в треугольных призмах
Коноскопические фигуры обычно наблюдаются с плоскопараллельными кристаллическими пластинками или призмами, эквивалентными плоскопараллельным пластинкам [38—43].
Для наблюдения коноскопической фигуры с плоскопараллельной кристаллической пластинкой падающее излучение должно быть линейно поляризованным (пластинку помещают между поляризатором и анализатором). Пучок линейно поляризованного излучения, распространяясь вдоль оптической оси кристалла, преобразуется в пучок лучей со сложной поляризационной структурой (эллиптичность меняется при увеличении углового расстояния от оси пучка) [42]. При пропускании пучка со сложной поляризационной структурой через анализатор на экране наблюдается коноскопическая фигура со светлым или с темным «мальтийским крестом». Часть излучения, которая могла бы сформировать коноскопическую картину, дополнительную к наблюдаемой на экране, поглощается анализатором.
Подчеркнем, что при формировании коноскопических фигур с плоскопараллельными пластинками значительную роль играет не только разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами в пластинке, но и разность фаз между этими же лучами вне пластинки [41]. Некоторой неожиданностью явилась возможность наблюдения коноско-пических фигур в треугольных призмах полного внутреннего отражения. В эксперименте использовались треугольные призмы, у которых угол между входной (выходной) и наклонной отражающей гранью равен 45.
В призмах наблюдалась неинвариантность интерференции при прохождении расходящихся световых пучков в прямом и обратном направлениях. То есть, вид интерференционной картины определяется тем, как направлен падающий пучок: вдоль или перпендикулярно оптической оси кристалла [19].
Рассмотрим различные варианты прохождения лучей и расходящихся пучков в треугольных призмах относительно оптической оси кристалла.
В первом варианте луч / направлен вдоль оптической оси zz кристалла (рис. 2.1.1, а). Если вектор напряженности электрического поля Е падающей волны направлен под некоторым углом к плоскости рисунка, то из призмы выходят поляризованные лучи - обыкновенный 2 и необыкновенный 3. Угол падения луча 1 на наклонную грань 6 равен 45, угол отражения обыкновенного луча 2 также равен 45 (п0 sin 45= п0 sin ро, ро=45 - угол отражения обыкновенного луча). Угол отражения необыкновенного луча ре больше 45 (п0sin 45= пе sin ре, пе п0- отрицательный кристалл).
При размещении перед входной гранью 4 призмы транспаранта Р, формирующего расходящийся пучок лучей, на экране наблюдается двойная коноскопическая фигура. Если падающее на входную грань излучение I поляризовано вертикально (вдоль оси у\ коноскопическая картина со светлым «мальтийским крестом» формируется вдоль выходящего обыкновенного луча 2 (рис. 2.1.1, б). Если излучение 1 поляризовано горизонтально (вдоль оси д:), то коноскопическая фигура со светлым «мальтийским крестом» расположена в направлении выходящего необыкновенного луча 3 (рис. 2.1.1, в),
Изменение оптической индикатрисы при воздействии электрического поля
Возможны различные варианты модуляции света с использованием продольного электрооптического эффекта [23]. Напряженность электрического поля Е определяется отношением напряжения U к толщине кристалла d в направлении поля.
Если свет распространяется вдоль оптической оси, то независимо от поляризации света возможна фазовая модуляция. Фазовая задержка равна.
Если свет распространяется перпендикулярно оптической оси, то характер модуляции зависит от поляризации света. Амплитудная модуляция имеет место при поляризации света под углом 45 к оптической оси. При этом свет распадается на две ортогонально поляризованные компоненты с равными амплитудами, между которыми на выходе из кристалла возникает разность фаз.
Первый член выражения (3.1,5) обусловлен естественной анизотропией, второй - приложенным электрическим полем. Зависимость разности фаз от электрического поля позволяет получить модуляцию поляризации и интенсивности света.
Фазовая модуляция возможна при поляризации света вдоль оптической оси или перпендикулярно к ней, причем фазовые задержки равны:
При действии на кристалл электрического поля, в направлении нормали к оптической оси кристалла, индикатриса показателей преломления деформируется и поворачивается. В этом случае кристалл становится двуосным. Уравнение оптической индикатрисы при произвольном направлении электрического поля в плоскости ху имеет вид [23,29].
Члены уравнения (3.1.7), содержащие произведения yz и xz, при переводе уравнения к каноническому виду приводят к незначительному изменению показателей преломления (Дп 10"8) и повороту главных осей эллипсоида на угол порядка 0,1 (при напряженности приложенного поля Е=104В/см). Поэтому влиянием этих членов можно пренебречь, тогда уравнение оптической индикатрисы примет вид:
Член 2г22Е ух приводит к повороту главных осей эллипсоида показателя преломления в плоскости я на угол р:.
Из выражения (3.1.10) видно, что угол поворота главных осей эллипсоида показателя преломления определяется отношением проекций вектора напряженности электрического поля на кристаллофизические оси и не зависит от величины напряженности электрического поля.
В случае, когда электрическое поле приложено вдоль оси у, проекция вектора напряженности на ось х равна Ех =0, угол поворота осей равен Р =0. При направлении электрического поля вдоль оси х, проекция напряженности электрического поля на ось у равна Еу=0, угол поворота осей равен р =45. При изменении соотношения EJEy эллипс вращается в плоскости ху [29]. Данный факт положен в основу электрооптического метода определения направлений кристаллофизических осей в кристалле LiNbCb [4].
Если свет распространяется вдоль оптической оси кристалла, то имеет место двойной поперечный эффект Поккельса. Двойной поперечный эффект Поккельса состоит в том, что коэффициенты оптической индикатрисы зависят не только от амплитуды электрического поля, но и от его направления. Этот эффект позволяет осуществлять одновременную модуляцию света двумя независимыми, несущими информацию сигналами. Для получения амплитудной модуляции необходимо для каждого направления электрического поля задавать соответствующее направление поляризации света.
Преобразование широкополосного ИК-излучения в кристалле LiNb03
Кристаллы ниобата лития являются наиболее перспективными кристаллами для целей электрооптической модуляции света и преобразования ИК-сигналов и изображений.
Кристалл ниобата лития LiNb03 - одноосный кристалл, класс симметрии Згл. Кристаллы ниобата лития имеют достаточно высокую нелинейную восприимчивость, хорошее пропускание в ближней ИК-области спектра.
Компоненты тензора нелинейной восприимчивости: Й?22 6",3; dz\=\\,9; с/зз=Ю7 (в единицах нелинейной восприимчивости кристалла KDP). Компоненты нелинейной поляризации [29].
Если волна с поляризацией обыкновенного луча распространяется в плоскости XZ под углом бс к оптической оси кристалла и генерируется волна с поляризацией необыкновенного луча, то может иметь место фазовое согласование этих волн. Угол 8С определяется значениями показателей преломления для волн основной и генерируемой частоты. Поляризация, поперечная направлению распространения имеет вид [29].
Индексы «о» и «е» обозначают обыкновенную и необыкновенную поляризации луча. Если плоскостью распространения волны является плоскость Y2, то поперечная компонента поляризации выглядит следующим образом.
Компонента сізз ответственна за взаимодействие ее— е, необеспеченное условиями синхронизма, В случае, когда волна основной частоты и волна поляризации являются необыкновенными, поляризация равна.
При распространении теплового широкополосного излучения в нелинейно-оптическом кристалле в направлении синхронизма для одной из частот, происходит генерация второй гармоники и суммарных частот Оі+са2= ю3. В интенсивность преобразованного излучения /(соз) будут давать вклад волны с частотами щ- ш3/2-ф to2 «з 2+ П, равноотстоящие от со3/2 на некоторый частотный интервал О. [87, 89, 91, 94].
