пример, пра X = 0,125-4-1,3 мкм используют кристаллы дигидрофос-фата калия (КДР) и дигидрофосфата аммония (АДР).

Схема оптического кюдулятора, использующего эффект Поккельса, представлена на рис. 16.7. Между двумя поляризаторами Л помещен рабочий кристалл К- В отсутствие приложенного электрического поля выходной поляризатор ставится в положение, соответствующее минимальному прохождению линейно-поляризованного света. Если в кристалле создать вращение плоскости поляризации излучения, то лющ-ность света после выходного поляризатора изменяется. При это]\1 выходной поляризатор выполняет функции анализатора: преобразует поло.жение плоскости поляризации излучения в изменение амплитуды.

10 isz

Рис. 16.7

Рис. 16.8

Линейно-полярнзованную волну можно представить в виде суммы двух воли с круговой поляризацией и противоположным направлением вращения. Вращение плоскости поляризации можно получить, изменяя условия распространения каждой из составляющих волн. Если для двух волн с круговой поляризацией и противоположным направлением вращения длины путей вследствие анизотропии окажутся неодинаковыми, то на выходе кристалла получится линепно-поля-ри.зоьаиное излучение с поляризацией, отличающейся от входной. Изменяя напряжение на кристалле (между точками / и 2), можно влиять на аннзотронию кристалла, регулировать положение плоскости поляризации и амплитуду светового излучения. Модуляционная характеристика оптического модулятора показана на рис. 16.8. Отношение Рлы/Рех увеличивается с ростом напряжения вплоть до напряжения полного просветления Ей-

Время установления искусственной анизотропии в электрооптических кристаллах очень мало, что позволяет осуществить модуляцию даже ка сверхвысоких частотах. Однако по мере увеличения частоты возрастают диэлектрические потери и необходимая для получения прежней глубины модуляции мощность. На высоких частотах, особенно при больших амплитудах модулирующего напряжения, параметры людулятора йюгут изменяться вследствие нагревания кристалла. Большинство используемых модуляторов работают до частот порядка 100 МГц. Напряжение полного просветления Ец составляет от сотен вольт до единиц киловольт.

Модуляторы на электрооптических кристаллах дают возможность осуществить модуляцию сформированного лазерного луча либо позволяют влиять на процесс генерирования колебаний лазером. В пер-

bom случае происходит Бпешпяя, во втором - впутренпяя модуляпия. При вну.реннеп модуляции кристалл располагается внутри резонатора лазера. В результате многократного прохождения света через электрооптический кристалл для достижения заданного коэффициента модуляции требуется значительно меньшая амплитуда модулирующего напряжения. Ограничение диапазона частот модуляции в этом случае связано с большой постоянной времени высокодобротного резонатора лазера.

Модуляцию излучения иногда используют для получения импульсного режима лазера. Различают импульсные режимы свободной генерации и модуляции добротности резонатора. В первом случае добротность оптического резонатора не меняется в течение длительности импульса лазерного излучения (см. § 16.4). Во втором случае добротностью оптического резонатора управляют с помощью лазерных затворов Лазерный затвор имеет два устойчивых состояния, соответствующие большой и малой добротности. В состоянии с малой добротностью, когда не выполняются условия caювoзбyждeния, в активной среде (рабочем веществе), лазера создается инверсия населенностей, запасается энергия. Чем больше времени продолжается этот процесс, тем больше энергии от источника накачки конечной мощности поступает в активный элемент. При быстром увеличении добротности возникает кратковременная генерация излучения большой мощности. В рубиновом лазере, например, длительность импульса уменьшается но сравнению с длительностью в режиме свободной генерации (см. § 16.4) с миллисекунд до десятков наносекунд, а импульсная мощность возрастает на пять порядков. Модуляпию добротности часто осуществляют оптико-механическими затворами, в которых происходит механическое перемещение элементов оптического резонатора, например одно из зеркал резонатора заменяют вращающейся призмой. Возбуждение лазера происходит во время движения призмы в пределах малого угла поворота. Во время остального движения призмы осуществляется на- копление энергии в активном элементе.

§ 16.6. Квантовые стандарты частоты

Стандарт частоты хранит и воспроизводит колебание определенной частоты с максимально достижимой точностью. Наряду с долговременной и кратковременной стабильностью стандарт должен обладать исключительно высокой воспроизводилюстью значения частоты. Большинство генераторов стабильных колебаний используют кварцевые резонаторы (см. § 7.2). Резонансная частота кварца зависит от размеров кристалла, которые не могут быть выдержаны совершенно одинаковыми в процессе производства. Частоты излучательных квантовых переходов определены природой вещества, они повторяются во всех квантовых приборах, построенных на основе одного вещества. Кроме того, квантовые генераторы СВЧ на пучках молекул обладают высокой долговременной и кратковременной стабильностью частоты. Таким образом, квантовые приборы наилучшим образом удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стандартам частоты.

Рис. 16.9

ёшсд

Квантовые стандарты используют эффекты усиления или поглощения поля, получающихся в результате вынужденных переходов между энергетическими уровнями вещества. Эффекты усиления поля применяют в активных стандартах. В веществе, помещенном в СВЧ-ре-зонатор, настроенный на частоту рабочего квантового перехода, создается инверсия населенностей. При компенсации потерь энергии возникают стабильные колебания СВЧ. Выходная мощность квантовых генераторов на пучках £б/ход молекул аммиака и водорода очень мала (IQ- Вт). Высокая частота и низкая выходная мощность молекулярных генераторов затрудняют непосредственное использование их колебаний. В схемах активных квантовых стандартов обычно применяют кварцевые генераторы, частота которых сравнивается с частотой молекулярного генератора.

Одна их схем активных стандартов приведена на рис. 16.9. Частота кварцевого генератора умножается в целое число раз до значения, близкого частоте квантового генератора. Отклонение частот на выходе умножителя и молекулярного генератора вызывает изменение разностей частоты на смесиiеле и появление сигнала ошибки в цепи автоподстройки (АПЧ), управляющей частотой кварцевого генератора. Кварцевый генератор подстраивают по молекулярному генератору. Активный стандарт с генератором на молекулах водорода (номинальная частота 1420 405 751 Гц) обладает воспроизводимостью ± 5 lO и относительной стабильностью за сутки 2 10~ .

Пассивные стандарты основаны на вынужденном поглощении. Вещество помещается в СВЧ-резонатор, настроенный на частоту соответствующего квантового перехода. В отличие от активных стандартов здесь уже не создают инверсии населенностей. Если через резонатор с веществом пропускать колебания СВЧ, то величина выходной мощности будет зависеть от частоты этих колебаний. График зависимости показателя поглощения вещества х от частоты / напоминает резонансную кривую, максимум которой находится на частоте квантового перехода. Ширина этой кривой на уровне половины максимального поглощения намного меньше полосы пропускания СВЧ-резона-

Цет АПЧ

Рис. 16.10