Эффект Поккельса

редактировать
Схема ячейки Поккельса, модулирующая поляризацию света. В этом случае ячейка Поккельса действует как четвертьволновая пластинка, где линейно поляризованный свет преобразуется в свет с круговой поляризацией. С добавлением окна Брюстера (слева) это изменение поляризации может быть преобразовано в изменение интенсивности луча путем передачи на p-поляризованном компоненте вектора.

Эффект Поккельса (после Фридриха Карла Алвина Поккельса, изучавшего этот эффект в 1893 году) или электрооптический эффект Поккельса, изменяет или создает двойное лучепреломление в оптической среде, индуцированное электрическим полем. В эффекте Поккельса, также известном как линейный электрооптический эффект, двулучепреломление пропорционально электрическому полю. В эффекте Керра изменение показателя преломления (двойное лучепреломление) пропорционально квадрату поля. Эффект Поккельса возникает только в кристаллах, не имеющих инверсионной симметрии, таких как ниобат лития, и в других нецентросимметричных средах, таких как полимеры с поляризацией электрического поля или стекла.

Содержание

  • 1 Ячейки Поккельса
    • 1.1 Динамика внутри ячейки
    • 1.2 Электроника драйвера
  • 2 Применение ячеек Поккельса
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
  • 5 Внешние ссылки

Ячейки Поккельса

Ячейки Поккельса представляют собой управляемые напряжением волновые пластины. Эффект Поккельса является основой работы ячеек Поккельса . Ячейки Поккельса можно использовать для изменения поляризации проходящего луча. См. Использование приложений ниже.

Поперечная ячейка Поккельса состоит из двух кристаллов с противоположной ориентацией, которые вместе дают волновую пластину нулевого порядка при отключении напряжения. Это часто не идеально и зависит от температуры. Но механическое выравнивание оси кристалла не столь критично и часто выполняется вручную без винтов; в то время как несовпадение приводит к некоторой энергии в неправильном луче (либо е, либо о - например, горизонтальном или вертикальном), в отличие от продольного случая, потери не усиливаются по длине кристалла.

Электрическое поле может быть приложено к кристаллической среде либо продольно, либо поперек светового луча. Для продольных ячеек Поккельса необходимы прозрачные или кольцевые электроды. Требования к поперечному напряжению могут быть уменьшены за счет удлинения кристалла.

Совмещение оси кристалла с осью луча имеет решающее значение. Несоосность приводит к двулучепреломлению и большому сдвигу фазы в длинном кристалле. Это приводит к поляризации вращению, если выравнивание не является точно параллельным или перпендикулярным поляризации.

Динамика внутри ячейки

Из-за высокой относительной диэлектрической постоянной ε r ≈ 36 внутри кристалла, изменения электрического поля распространяются на скорости всего c / 6. Таким образом, быстрые неволоконно-оптические ячейки встраиваются в согласованную линию передачи. Размещение его в конце линии передачи приводит к отражениям и удвоению времени переключения. Сигнал от драйвера разбивается на параллельные линии, ведущие к обоим концам кристалла. Когда они встречаются в кристалле, их напряжения складываются. В ячейках Поккельса для волоконной оптики может использоваться конструкция бегущей волны для снижения требований к току и увеличения скорости.

Используемые кристаллы также в некоторой степени проявляют пьезоэлектрический эффект (имеет самую низкую, BBO и ниобат лития высокие). После изменения напряжения звуковые волны начинают распространяться от сторон кристалла к середине. Это важно не для окон товарного вагона, а для. Защитное пространство между источником света и гранями кристаллов должно быть больше для увеличения времени выдержки. За звуковой волной кристалл остается деформированным в положении равновесия для сильного электрического поля. Это увеличивает поляризацию. Из-за увеличения поляризованного объема электрическое поле в кристалле перед волной увеличивается линейно, либо драйвер должен обеспечивать постоянную утечку тока.

Электроника драйвера

Драйвер должен выдерживать удвоенное напряжение, возвращаемое к нему. Ячейки Поккельса ведут себя как конденсатор . При переключении их на высокое напряжение требуется высокий заряд; следовательно, для переключения за 3 нс требуется около 40 А для апертуры 5 мм. Более короткие кабели уменьшают количество заряда, расходуемого на передачу тока в элемент.

Драйвер может использовать множество транзисторов, подключенных параллельно и последовательно. Транзисторы являются плавающими и нуждаются в изоляции по постоянному току для своих затворов. Для этого сигнал затвора подключается через оптическое волокно или затворы управляются большим трансформатором. В этом случае необходима тщательная компенсация обратной связи для предотвращения колебаний.

В драйвере может использоваться каскад транзисторов и триод. В классической коммерческой схеме последний транзистор - МОП-транзистор IRF830 , а триод - триод Eimac Y690 . Установка с одним триодом имеет наименьшую мощность; это даже оправдывает отключение ячейки подачей двойного напряжения. Резистор обеспечивает ток утечки, необходимый для кристалла, а затем для перезарядки накопительного конденсатора. Y690 переключает до 10 кВ, а катод выдает 40 А, если сеть находится на +400 В. В этом случае ток сети составляет 8 А, а входное сопротивление, таким образом, составляет 50 Ом, что соответствует стандартным коаксиальным кабелям <17.>, и, таким образом, полевой МОП-транзистор может быть размещен удаленно. Некоторые из 50 Ом расходуются на дополнительный резистор, который подает напряжение смещения на −100 В. IRF может переключать 500 вольт. Он может выдавать импульсный ток 18 А. Его выводы работают как индуктивность, используется накопительный конденсатор, подключен коаксиальный кабель 50 Ом, полевой МОП-транзистор имеет внутреннее сопротивление, и, в конце концов, это критически демпфированная RLC-цепь, который запускается импульсом на затвор полевого МОП-транзистора.

Затвор требует импульсов 5 В (диапазон: ± 20 В) при 22 нКл. Таким образом, коэффициент усиления по току этого транзистора равен 1 при переключении 3 нс, но он все еще имеет усиление по напряжению. Таким образом, теоретически он может также использоваться в конфигурации общий вентиль, а не в конфигурации общего источника. Транзисторы, которые переключают 40 В, обычно быстрее, поэтому на предыдущем этапе возможно усиление тока.

Применение ячеек Поккельса

Ячейки Поккельса используются во множестве научных и технических приложений. Ячейка Поккельса в сочетании с поляризатором может использоваться для переключения между отсутствием оптического вращения и поворотом на 90 °, создавая быстрый затвор, способный «открываться» и «закрываться» за наносекунды. Тот же метод можно использовать для передачи информации на луч, модулируя поворот от 0 ° до 90 °; интенсивность выходящего луча, если смотреть через поляризатор, содержит сигнал с амплитудной модуляцией. Этот модулированный сигнал может использоваться для измерений электрического поля с временным разрешением, когда кристалл подвергается воздействию неизвестного электрического поля.

ячейки Поккельса используются для предотвращения обратной связи лазера полость с помощью поляризационной призмы. Это предотвращает оптическое усиление за счет направления света определенной поляризации из резонатора. Благодаря этому усиливающая среда переходит в сильно возбужденное состояние. Когда среда становится насыщенной энергией, ячейка Поккельса переключается в положение «открыто», и внутрирезонаторный свет выходит. Это создает очень быстрый импульс высокой интенсивности. модуляция добротности, усиление чирпированных импульсов и сброс резонатора используют этот метод.

Ячейки Поккельса могут использоваться для распределения квантового ключа путем поляризации фотонов.

Ячейки Поккельса в сочетании с другими элементами ЭО могут быть объединены для формирования электро -оптические зонды.

Ячейка Поккельса использовалась инженерами MCA Disco-Vision (DiscoVision ) в системе мастеринга оптических видеодисков. Свет от аргон-ионного лазера пропускался через ячейку Поккельса для создания импульсной модуляции, соответствующей исходным FM-видео и аудиосигналам, которые должны быть записаны на мастер-видеодиск. MCA использовала ячейку Поккельса при мастеринге видеодисков до продажи Pioneer Electronics. Чтобы повысить качество записи, MCA запатентовала стабилизатор ячейки Поккельса, который уменьшал искажение второй гармоники, которое могло создаваться ячейкой Поккельса во время мастеринга. MCA использовала систему мастеринга DRAW (прямое чтение после записи) или систему фоторезиста. Первоначально предпочтение отдавалось системе DRAW, поскольку она не требовала условий чистой комнаты во время записи диска и позволяла мгновенно проверять качество во время мастеринга. Первоначальные односторонние тестовые оттиски 1976/77 года были освоены с помощью системы DRAW, как и «образовательные», неосновные заголовки при выпуске формата в декабре 1978 года.

Ячейки Поккельса используются в двухфотонная микроскопия.

См. также

Литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 08:50:33
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте