WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Четвертая глава посвящена рассмотрению методов компенсации ошибок изготовления кольцевых резонаторов, влияющих на поляризационные характеристики.

При сборке кольцевых резонаторов с интерференционными зеркалами к искажению поляризационных характеристик могут приводить ряд факторов. Во-первых, непланарная деформация осевого контура, когда осевой контур перестает лежать в одной плоскости, и, во-вторых, наведённая фазовая анизотропия зеркала.

Выведение осевого контура из одной плоскости в непланарных резонаторах иногда предпринимают специально для формирования нелинейных собственных поляризаций. Однако обычно осевой контур оказывается неплоским из-за ошибок изготовления оптических элементов и их размещения в схеме или внешних воздействий. На рисунке 8 изображен четырехзеркальный непланарный резонатор (KLMN) с одинаковыми плечами длиной a. В таком резонаторе плоскости падения на различных зеркалах не совпадают, и при переходе от одного зеркала к другому происходит кручение осевого луча на некоторый малый угол. Это приводит к возникновению эллиптичности собственных поляризаций и увеличению энергетических потерь.

Рисунок 8 – Непланарный четырехзеркальный резонатор

Для резонатора, изображенного на рисунке 8, осевой контур деформирован по диагонали на расстояние, при этом если угол излома мал, то угол кручения будет равен:

. (11)

Это означает, что в каждом плече резонатора находится вращатель плоскости поляризации на угол.

Для резонатора, образованного зеркалами, более добротной (т.е. с меньшими потерями) будет волна, вектор напряженности электрического поля которой перпендикулярен плоскости падения на каждое зеркало (s-компонента), тогда поляризационные потери Аs, поляризационная переменная Гs и угол эллиптичности будут равны:

,

, (12)

,

где R = (1–r)·exp(–i·) – параметр амплитудно-фазовой анизотропии зеркала, r = Rp / Rs – степень амплитудной анизотропии зеркала, Rp и Rs – амплитудные коэффициенты отражения p- и s-компонент, – дополнительный к сдвиг фазы, Еp и Es – напряженности электрического поля для p- и s-компонент.

На рисунках 9 и 10 показаны зависимости поляризационных потерь Аs и угла эллиптичности от параметра непланарности (т.е. угла кручения) при одинаковом значении амплитудной анизотропии r=0,001 и различных значениях дополнительного к сдвига фаз между p- и s-компонентами: = 0,1° для кривой 1; = 1,0° для кривой 2; = 5,0° для кривой 3.

Рисунок 9 - Зависимость поляризационных Рисунок 10 – Зависимость угла

потерь от параметра непланарности эллиптичности

от параметра непланарности

Из анализа рисунков 9 и 10 следует, что для уменьшения поляризационных потерь и угла эллиптичности, связанных с непланарностью осевого контура, необходимо увеличивать дополнительный к сдвиг фаз между p- и s-компонентами, сохраняя при этом малое значение коэффициента амплитудной анизотропии.

Возникновение наведённой фазовой анизотропии в слоях зеркала может приводить к появлению составляющей с круговой поляризацией, и лазерное излучение становится эллиптически поляризованным, это в свою очередь приводит к увеличению чувствительности прибора к магнитному полю. Эту эллиптичность можно минимизировать путем постановки интерференционных зеркал в ОР так, чтобы ось наведенной анизотропии лежала в плоскости падения.

Для проведения исследований наведённой анизотропии зеркал была создана установка, схема которой представлена на рисунке 11.

1 – лазер;

2 – поляризатор;

3 – исследуемое зеркало;

4 – поворотный столик с осью

вращения, перпендикулярной

поверхности зеркала;

5 – система управления и сбора

данных на базе компьютера; 6 – анализатор;

7 – фотоэлектронный умножитель; 8 – цифровой вольтметр для

контроля и юстировки.

Рисунок 11 – Схема установки для исследования поляризационной анизотропии интерференционных зеркал

Модулированное по амплитуде излучение от источника (гелий-неоновый лазер с линейной поляризацией) проходит через линейный поляризатор и попадает на исследуемое зеркало, которое закреплено на поворотном устройстве. Отраженное от зеркала излучение, обладающее некоторой эллиптичностью, проходит через второй линейный поляризатор (анализатор) и попадает на фотоприемное устройство (фотоэлектронный умножитель). Управление, сбор и обработка данных осуществляется с помощью системы на базе компьютера, что позволяет существенно сократить временные затраты, устранить ошибки, вносимые человеком, и упрощает процесс исследования. Интенсивность прошедшего излучения можно контролировать по цифровому вольтметру. Плоскости пропускания поляризаторов ортогональны, и, если зеркало не обладает наведённой анизотропией, то излучение не проходит через второй поляризатор. Волны, генерируемые в резонаторе, должны быть поляризованы перпендикулярно плоскости падения, поэтому первый поляризатор необходимо установить таким образом, чтобы он пропускал только s-компоненту. Поворачивая зеркало вокруг нормали к нему, можно определить положение, соответствующее минимальному сигналу, а, следовательно, оси наведённой анизотропии. Если при сборке резонатора, устанавливать зеркала вдоль этой оси, то таким образом можно уменьшить эллиптичность излучения, связанную с наведённой фазовой анизотропией интерференционных зеркал.

Кроме экспериментальной установки была построена теоретическая модель эксперимента, в которой для получения зависимости интенсивности на выходе оптической системы от положения оси наведенной анизотропии интерференционного зеркала был записан вектор Джонса:

, (13)

где –

матрицы Джонса для поляризатора (Tp2) и анализатора (Tp1) с учетом коэффициентов пропускания для прозрачной T1 и непрозрачной T2 осей;

матрица разворота на угол. В случае произвольного поворота поляризатора относительно сагиттальной плоскости матрица поляризатора записывается с учетом разворота как TpR(-);

матрица Джонса для линейного фазового анизотропного элемента (линейной фазовой пластинки, в качестве которой представляется исследуемое зеркало), – разность фазовых набегов для p- и s-компонент или наведенная анизотропия;

– вектор Джонса для

матрица отражения от зеркала без учета наведённой анизотропии;

описания состояния поляризации лазера.

Зная вектор Джонса Do для двух ортогональных компонент, можно определить коэффициент Io, пропорциональный интенсивности на выходе всей системы:

. (14)

Амплитудные коэффициенты отражения для интерференционного зеркала: Rp=99,897%, Rs=99,998%, при этом =10-2 градусов.

На рисунке 12 изображен теоретический график зависимости коэффициента интенсивности на выходе системы в относительных единицах от угла поворота интерференционного зеркала вокруг нормали к нему.

С помощью описанной установки проведено экспериментальное исследование наведённой анизотропии диэлектрического зеркала. На рисунке 13 приведём график зависимости коэффициента интенсивности на выходе системы в относительных единицах от угла поворота зеркала вокруг нормали к нему.

Рисунок 12 – Теоретический график зависимости коэффициента интенсивности на выходе системы от угла поворота интерференционного зеркала вокруг нормали к нему

Рисунок 13 – Экспериментальный график зависимости коэффициента интенсивности на выходе системы от угла поворота зеркала вокруг нормали к нему

При сравнении теоретической и экспериментальной зависимостей, изображенных на рисунках 12 и 13 соответственно, видно, что в обоих случаях кривые имеют четыре ярко выраженных максимума. Уменьшение амплитуды и увеличение минимального значения сигнала в эксперименте связано с общей засветкой и с шумами измерительной системы. Однако это не мешает определить положение оси наведенной анизотропии интерференционного зеркала, соответствующее минимуму сигнала. Это свидетельствует о том, что рассчитанная теоретическая модель хорошо согласуется с результатами эксперимента.

Таким образом, если определить такое положение интерференционного зеркала, при котором эллиптичность минимальна, то можно скомпенсировать эффект наведённой анизотропии зеркала, возникающей из-за наклонного напыления диэлектрических слоёв зеркала на подложку. Тем самым можно существенно уменьшить чувствительность к магнитному полю для прибора, в основе которого лежит кольцевой резонатор, и где используется невзаимность встречных волн (например, в лазерных гироскопах).

В выводах подведены итоги по диссертации в целом и сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

  1. Разработаны методы сравнения и алгоритмы программного расчёта параметров произвольных планарных кольцевых резонаторов, применение которых позволяет выбрать оптимальную схему резонатора, исходя из практических соображений, таких как габаритные размеры проектируемого устройства, параметры оптической схемы и др., с целью уменьшения влияния ошибок изготовления элементов конструкции на параметры приборов.
  2. Разработаны методы сборки кольцевых резонаторов для компенсации ошибок изготовления элементов конструкции с помощью линейных подвижек сферических зеркал.
  3. Разработан алгоритм определения допусков на конструкционные элементы резонатора с учетом компенсации ошибок по максимально допустимым значениям пространственных и поляризационных искажений.
  4. Исследовано влияние наведенной анизотропии интерференционных зеркал на поляризационные характеристики кольцевого резонатора и разработан метод компенсации её влияния при установке интерференционных зеркал в резонатор с учетом оси наведённой анизотропии.
  5. Создана установка и методика измерения для определения оси наведённой анизотропии в интерференционном зеркале. Результаты измерений показали хорошее соответствие теоретической модели и экспериментальных данных.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

    1. Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Согласование гауссовых пучков астигматичных резонаторов с помощью зеркала // Вестник МЭИ. 2007. № 2. С. 137 140.
    2. Бадамшина Э.Б. Критерии сравнения оптических резонаторов для системы автоматического проектирования // Вестник МЭИ. 2007. № 4. С. 109 112.
    3. Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Соколов А.Л., Вольпян О.Д. Оптимальная анизотропия интерференционных зеркал для кольцевого лазера // Вестник МЭИ. 2008. № 5. С. 127 130.
    4. Бадамшина Э.Б. Анализ оптических резонаторов, применяемых в лазерных инклинометрах // «Радиоэлектроника. Электротехника. Энергетика»: Тез. докл. 10 МНТК студентов и аспирантов. – Москва, 2004. – Т. 1. – С. 158.
    5. Бадамшина Э.Б. Преимущества плоского четырехзеркального кольцевого резонатора с линзой // «Радиоэлектроника. Электротехника. Энергетика»: Тез. докл. 11 МНТК студентов и аспирантов. – Москва, 2005. – Т. 1. – С. 168.
    6. Бадамшина Э.Б., Ищенко Е.Ф., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Методика согласования и преобразования пучка для пассивной юстировки астигматичных оптических резонаторов // «Лазеры. Измерения. Информация»: Тез. докл. конференции. – СПб, 2005. – С. 36.
    7. Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Исследование поляризационной анизотропии интерференционных диэлектрических зеркал // «Лазеры. Измерения. Информация»: Тез. докл. конференции. – СПб, 2006. – С. 21.
    8. Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Контроль параметров интерференционных зеркал лазерных гироскопов на наличие наведенного двулучепреломления и дефектов поверхности // «Прикладная оптика – 2006»: Труды VII Международной конференции. – СПб, 2006. – Т. 1. – С. 368.
    9. E. B. Badamshina, V. N. Kuryatov, D. V. Lepeshkin. Examination of polarization anisotropy of the interference dielectric mirrors // Proc. of SPIE. – 2007. – Vol. 6594. P. 52–61. (Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Исследование поляризационной анизотропии интерференционных диэлектрических зеркал // Тр. конф. «Лазеры. Измерения. Информации 2006». Под ред. В.Е. Привалова. Тр. SPIE. – 2007. –Т. 6594. – С. 52 – 61.)
    10. Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Определение величины децентрировки сферических интерференционных зеркал // «Лазеры. Измерения. Информация»: Тез. докл. конференции. – СПб, 2008. – С. 17.
    11. Бадамшина Э.Б., Вольпян О.Д., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В., Соколов А.Л. Экспериментальное исследование поляризационных характеристик интерференционных зеркал // «Лазеры. Измерения. Информация»: Тез. докл. конференции. – СПб, 2008. – С. 19.
    12. Бадамшина Э.Б., Вольпян О.Д., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В., Соколов А.Л. Поляризационные характеристики интерференционных зеркал, образующих кольцевой резонатор // «Поляризационная оптика»: Тез. докл. конференции. – Москва, 2008. – С. 17.
    13. Бадамшина Э.Б., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В. Определение величины децентрировки сферических интерференционных зеркал // Вестник СПбО АИН – 2008. – Вып. №5. С. 200 – 205.
    14. Бадамшина Э.Б., Вольпян О.Д., Курятов В.Н., Лепешкин Д.В., Соколов А.Л. Экспериментальное исследование искажений поляризационных характеристик интерференционных зеркал // Вестник СПбО АИН – 2008. – Вып. №5. С.
      Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»