Электрооптический эффект на квадратичной и кубичной нелинейностях Рапопорт, Инна Владимировна

Введение к работе

Актуальность темы

Нелинейные оптические свойства связаны с нелинейной зависимостью поляризации вещества от напряженности электрического, магнитного и акустического полей. К числу первых параметрических нелинейных оптических явлений относятся электрооптические эффекты, возникающие под действием электрического поля. Эти явления были открыты еще в конце XIX века, но их интенсивное изучение началось после создания оптических квантовых генераторов.

Для электро- и упругооптических исследований наиболее широко используются сегнето- и антисегнетоэлектричесше кристаллы, в которых можно получить высокие значения поляризации [1,2].

Исследования электрооптических эффектов в кристаллах ведутся в нескольких направлениях и широко освещаются в научной печати. Одним из перспективных направлений является поиск новых материалов, обладающих большими электрооптическими коэффициентами [3]. Такого рода сегнетозлектрические кристаллы важны для использования в электрооптических преобразователях, модуляторах и сканирующих устройствах [4]. Одновременно проводятся более детальные исследования электрооптических эффектов в кристаллах в комплексе с сопутствующими эффектами для выяснения микроскопической природы электрооптического эффекта.

Для решения практических задач по модуляции и управлению пространственно-временными параметрами оптического излучения необходимы детальные исследования особенностей и физической сущности соответствующих процессов. Для исследования данных закономерностей чаще всего используется поляризационный метод.

На основе этого метода получены значительные результаты; объяснены механизмы фазовой и амплитудной модуляции, рассмотрены вопросы распространения излучения в кристаллах разных классов симметрии. При тако^м рассмотрении процессов чаще всего из внимания исследователей выпадает то, что электрооптическая модуляция это нелинейный оптический процесс, происходящий на квадратичной (эффект Поккельса) или кубичной нелинейностях (эффект Керра).

Упоминание о нелинейно-оптическом процессе электрооптической модуляции имеется практически в любой монографии по электрооптике [2-4] и многих статьях, но систематического рассмотрения электрооптических процессов как нелинейнооптических не проведено. Такое рассмотрение электрооптических процессов является актуальным, так как позволит выявить их своеобразие и ряд особенностей и новые закономерности, которые могут быть заложены в основу оптических приборов с улучшенными характеристиками или даже с ранее несуществующими.

Цель и задачи работы

Целью исследований является изучение закономерностей и особен
ностей электрооптической модуляции в кристаллах на квадратичной и
кубичной нелинейностях.' '" ^f-'" '-"' '" >-

Для достижения указанной цели в работе поставлены^!'и решены следующие задачи.' "

1. Исследованы особенности распространения и модуляции волн на квадратичной и кубичной нелинейностях в электрооптических кристаллах разных групп симметрии.

2. Рассмотрен характер зависимости интенсивности выходящего из модулятора излучения от типа взаимодействия (о-^е, е-ю, о-ю е-ю ) и способа модуляции.

3. Изучен спектральный состав преобразованного излучения в случае модуляции высокочастотным и низкочастотным полем.

4. Исследованы характерные особенности проявления электро-опти-ческих эффектов в двухосных кристаллах (на примере кристаллов классов mm2 и 222).

5. Исследованы возможности создания новых электрооптических устройств для фазовой,.амплитуд ной и частотной модуляции основного излучения. ......

Методы исследования

Для достижения поставленной цели и задач использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. ,. „

Научная новизна работы

1. Вскрыты особенности, электрооптических преобразований типа о-»е, е-ю, о-ю, е-ю в оптических кристаллах.

^2. Определены характеристики систем модуляции излучения за счет интерференции фазопромодулированного излучения с опорным пучком.

3. Рассчитана угловая ширина электрооптического синхронизма в двухосных кристаллах.

4. Предложен новый метод достаточно точного определения положения кристаллофизических осей на основе электрооптического эффекта.

5. Впервые предложен новый метод компенсации ухода направления электрооптического синхронизма за счет использования широкополосного расходящегося излучения, v .:

6. Предложен и рассчитан новый метод линейной электрооптической модуляции за счет квадратичного электрооптического эффекта Керра. Показано, что в'случае использования Двух пучков излучения с частотами сот и ш₂, спектр промодулированногб излучения, выходящего из модулятора, состоит из компонент С0₃ = С01 + со₂+ П. ^v

При использовании широкополостного излучения преобразуются все частотные компоненты падающего излучения, а спектр выходящего из-

лучения имеет резко ассиметричны'й вид относительно частоты 2м, где со - частота синхронизма.

7. Показана целесообразность использования двухосных кристаллов для электрооптической модуляции с пучками излучения, направленными вдоль оптических осей двухосных кристаллов.

Практическая ценность

Все полученные в диссертационной работе результаты и используе
мые методы служат основой для создания новых электрооптических мо
дулирующих устройств. .._г , ,, ,-,,

Связь с государственными программами и НИР

Диссертационная работа автора связана с научно-исследовательской госбюджетной темой МПС РФ «Анизотропное отражение света в оптических кристаллах», выполняемой на кафедре физики ДВГУПС.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на следующих конфе
ренциях. '';.- .,-.: ..:.-;<.- .:-..> ;> .

1. На международном симпозиуме (Первые Самсоновские чтения) «Принципы и процессы-создания неорганических материалов» Хабаровск, 1998 г.

2. На краевой научной конференции «Физика: фундаментальные исследования, образование». -Хабаровск: ХГТУ, 1998.

3. На первой международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в 21 веке». - Хабаровск: ДВГУПС, 1999.

¹ 4) First Asia-Pacific Conference "Fundamental problems of opto-and microelectronics", Vladivostok, 2000 r.

Публикация и вклад автора '"

По результатам работы лично автором и в соавторстве опубликовано 9 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы