182809. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és fénymodulátor a fény polarizációjának és intenzitásának modulálására
1 182 809 2 előbb az amorf anyagon, majd egy megfelelően orientált Babinet kompenzátoron és polarizátoron vezetjük át, miközben a kvarckristály elektródáira egy rezonancia frekvenciájú, pl. 250 KHz-es gerjesztő feszültséget kapcsolunk. A találmány értelmében célszerű, ha a modulált fény kivezérlését a modulációs jel amplitúdójának változtatásával végezzük. Célszerű továbbá, ha a modulált jel alakját a széles sávban különböző analóg függvényeknek megfelelően a Babinet kompenzátor fázistolásának változtatásával végezzük. A találmányt részletesebben rajzok alapján ismertetjük, amelyek a működési elvet és a fénymodulátor példakénti kiviteli alakját tünteti fel. A rajzon az 1. ábra - a fény terjedését és polarizációjának változását szemlélteti egy indukáltan anizotrop anyagban; 2. ábra — a rezonátorból kilépő fény polarizáció módosulását szemlélteti különböző fáziskülönbségeknél; 3. ábra — polarizáció változását mutatja be a modulátorban használt elrendezésben; 4. ábra — az intenzitás vezérlésének görbéi láthatók A$max = 1 kivezérlésnél; 5. ábra — az intenzitás változásának görbéi láthatók A$max —2 kivezérlésnél; 6. ábra — a modulátor aktív anyagának és meghajtójának ábrázolása és az akusztikus nyomás, elmozdulás és törésmutató eloszlása a modulátor rezonátorjában; 7. ábra — a modulátorral vezérelt fény intenzitásának változása és a vezérlő jel különböző A4)" értékeknél. Az általunk létrehozott modulátorban az optikai anizotrópiát ultrahang-hullámokkal létrehozott egyirányú mechanikus nyomással indukáljuk amorf anyagban, így az eredetileg gömbalakú optikai indikatrix a nyomás hatására ellipszoiddá alakul: (ao+puU)x2+(a0+p12U)(y2+z2)= 1, (ahol pki a fotoelasztikus tenzor elemei, U a deformáció), vagyis az amorf anyag optikailag aktív egytengelyű kristályhoz hasonlóan viselkedik és az optikai tengely irányát a deformáció iránya határozza meg. Azt a fáziskülönbséget, mely az ordinárius és extraordinárius polarizációknak megfelelő optikai hullámok között létrejön egy 1 úthosszon az előbbiekhez hasonlóan, a következő formában kaphatjuk meg: ahol p a fotoelasztikus állandó, Au pedig a deformációkülönbség. A polarizáció módosulását különböző Í2T fáziskülönbségeknél a 2. ábra szemléleti. Ha a beeső fény polarizációjának E0 vektorát, amely y szöget zár be az M modulátorral, az 1. ábra szerint felbontjuk egy Ex és E2 komponensre, melyek áthaladási ideje a d vastagságú aktív anyagon ti = ~ és t2 = — ; akkor V J v2 iO E2 =—— E0 cos eo(t+t2) ahol go a fény frekvenciája. Ezek a komponensek a P polarizátor után — amely Q. szöget zár be az M modulátorral — a következőt adják: „ . A4> . oj . . . Ep = E0 sin—— sin— (2t+ti+t2); A4) = ce(ti -t2)=-yy nopAu-sin(f2t), ahol Ti az ultrahang frekvenciája. így a detektált jel intenzitása ennél az elrendezésnél ahol I0 a beeső fény intenzitása. Ha az M modulátor aktív anyaga után egy B Babinet kompenzátort helyezünk a P polarizátor elé, melynek orientációja ß szöget zár be a P polarizátor orientációjával (3. ábra), akkor a tér a P polarizátor után a következő: Efc = Ej; cos jß—Ek sin ß, ahol Eít és Ek az Ej és E2 komponensei a B Babinet kompenzátor koordinátarendszerében. Intenzitásban ennek a következő felel meg: T T r, . 2 „ A<h . A4-" , Ik = Io[(sm (3 cos -y sin — -----b , . 2 . A4> A4>" ^2 , +sirr a sm y— cos y— ) + , . 2, . A4) A4»'' 2 +siri (ct-p)sin y— "sin —-— )] , ahol A4>" = Gj(t'-t") a B Babinet kompenzátorban létrejövő fáziskülönbség. Mint ebből kitűnik, A4>és A4)"-től függően az intenzitás különbözőképpen vezérelhető. A modulált jel I^/Iq relatív intenzitása az Í2T fázis függvényében, a B Babinet kompenzátor által létrehozott A4)" fáziskülönbséggel paraméterezve, A4>max = 1 esetben a 4. ábrán, A4>max = 2 esetben pedig az 5. ábrán látható. Különböző A4>” fáziskülönbség értékeknél az intenzitás modulációja az ultrahang alap- vagy felharmonikusán jelenik meg, valamint többfajta analóg (choppolt) modulációs üzemmód is lehetséges, ami nagy gyakorlati jelentőséggel bír. Az M modulátor megvalósításához (6. ábra) az amorf 1 kvarcot és az X-metszetű kristályos 2 kvarcot célszerű alkalmazni, mivel ezek akusztikai tulajdonságai igen hasonlóak. A kristályos 2 kvarc, amelynek X-metszetű felületei a 3, 4 elektródákkal vannak ellátva, tölti be az ultrahangátalakító szerepét és longitudinális akusztikus hullámokat hoz létre. Az X-metszetű kristályos 2 kvarc akusztikai kontaktusban van a hasonló méretű amorf 1 kvarccal. A kötőanyag a két 1, 2 kvarc között biztosítja a rugalmas hullámok veszteségmentes áthaladását az amorf 1 kvarcba. Kötőanyagként célszerűen szalolt 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
