Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

Достоинствами дифракционного модулятора являются сравни­ тельно небольшие потери света в нем (—33% ) и малый расход электро­ энергии. Глубина модуляции достигает 70% , а фазовые искажения в поперечном сечении пучка света не превосходят 3°. Для разреше­ ния неоднозначности необходимо иметь несколько модуляторов с разными резонансными частотами. Излучатель ультразвука из титаната бария (ВаТЮ3 ) успешно работает в диапазоне частот, разли­ чающихся между собой до 5% ,что позволяет при правильном выборе средней частоты уверенно разрешать многозначность для расстоя­ ний до 12 км.

Большую группу модуляторов света образуют устройства, ос­ нованные на электрооптическом эффекте Поккельса в кристаллах и электрооптическом эффекте Керра в жидкостях. В модуляторах этого типа с помощью электрического поля вызывают искусственную

является двойное лучепреломление, заключающееся в раздвоении светового луча, входящего в анизотропное вещество (рис. 129). При этом выходящие лучи будут плоско-поляризованными во вза­ имно-перпендикулярных плоскостях, независимо от того, был ли входящий луч поляризован или нет. На рис. 129 различие в поляри­ зации выходящих лучей условно отмечено точками на одном луче и перпендикулярными штрихами на другом. Составляющие лучи отличаются также значением для них показателя преломления. По­ казатель преломления п0 одного из этих лучей, называемого обыкно­ венным, не зависит от угла падения света на кристалл. Показатель преломления другого луча пн , называемого необыкновенным, зависит от направления угла падения света на кристалл. В анизотропном веществе имеется одно (или два) направление, называемое оптической осью, при распространении вдоль которого показатели преломления обоих лучей одинаковы. Плоскость, содержащую оптическую ось и падающий луч, называют главной плоскостью; в этой плоскости лежат обыкновенный и необыкновенный лучи, причем плоскость

240

поляризации обыкновенного луча перпендикулярна, а необыкно­ венного — параллельна главной плоскости.

Величина пространственного разделения выходящих лучей оп­ ределяется углом падения луча на переднюю грань, углом между оптической осью и передней гранью и толщиной кристалла. Если анизотропное тело имеет форму параллелепипеда, оптическая ось которого параллельна или перпендикулярна грани, на которую световые лучи падают нормально (как это имеет место в существу­

то в результате сложения этих плоско-поляризованных в перпенди­ кулярных плоскостях лучей образуется один луч с эллиптической поляризацией.

В самом деле, пусть на анизотропную среду (рис. 130), главная плоскость которой перпендикулярна к плоскости чертежа и парал­

лучах на выходе из анизотропной среды будут меняться с течением времени согласно уравнениям

в которых -ф — разность фаз колебаний, определяемая формулой (268).

Исключив из (270) время t, получим уравнение эллипса

ориентировка и форма которого будут зависеть от величин а и ojj. Обычно в модуляторах а = 45° и тогда оси эллипса, как было показано в § 13, ориентированы по биссектрисам координатных осей, а эллипс может вырождаться в прямую (при ф = 0 и 180°) или окруж­

ванный в плос­ кости А

Естественный

свет

Р и с . 131

Принципиальная схема электрооптического модулятора показана на рис. 131. Собственно модулятором служит среда, в которой можно вызвать искусственную оптическую анизотропию или изменять

ее естественные анизотропные свойства. На пути светового пучка перед анизотропной средой и за ней помещают поляризующие уст­ ройства. Одно из них (поляризатор) предназначено для преобразо­ вания естественного света, излучаемого большинством источников, в свет плоско-поляризованный. Другое (анализатор), расположенное за анизотропной средой, преобразует эллиптически-поляризованный свет, образующийся на выходе анизотропной среды, опять в пло­ ско-поляризованный. Поляризующими устройствами в светодально­ мерах обычно являются поляроиды, представляющие собой пленки, покрытые тонким слоем одинаково ориентированных дихроичных кристаллов, способных пропускать свет только с одной плоскостью поляризации. Для предохранения пленок — поляроидов от внешних воздействий их помещают между защитными стеклами.

Обозначим через ß угол между плоскостью поляризации анализа­ тора А и главной плоскостью У анизотропной среды (см. рис. 130). Через анализатор пройдут только составляющие необыкновенного и обыкновенного лучей в анизотропной среде, равные проекциям соответствующих колебаний на плоскость поляризации анализатора.

242

С учетом формул (269) и (270) напишем для проекций колебаний за анализатором

а'о = A sin a sin ß cos (at — ф);

а'я = А cos а cos ß cos (ùt.

Колебания a'0 и а'ъ происходят в одной плоскости (но направлены в противоположные стороны) и распространяются по одному напра­ влению. Интерферируя, они образуют суммарное колебание

а — A sin a sin ß cos (wjf — ф) — A cos a cos ß cos Ш,

которое будет происходить в той же плоскости, т. е. в плоскости поляризации анализатора. После преобразований получим

а = [А sin a sin ßsin ф] sin at + [Л (sin a sin ß cos ф —cos a cos ß)] cosatf.

Так как частоты составляющих колебаний одинаковы, а разность их фаз равна -^-, то квадрат амплитуды результирующего колебания

будет равен сумме квадратов амплитуд составляющих колебаний. Имея в виду, что интенсивность света / пропорциональна квадрату амплитуды, и обозначив кА2 через / 0 , где к —коэффициент пропор­ циональности, можем написать

/ — I Q [sin2 a sin2 ß sin2 ф - f (sin a sin ß cos ф — cos a cos ß)2 ] или окончательно

В модуляторах света, как правило, плоскости поляризации поля­ ризатора и анализатора устанавливают под углом 90° (скрещенные поляроиды), а главную плоскость анизотропного тела располагают по биссектрисе между этими плоскостями. В этом случае a = ß = = 45°, и формула (271) примет вид

Иногда плоскости поляризации поляроидов располагают парал­ лельно. Тогда a = —ß = 45° и формула (271) принимает вид

Схема электрооптического модулятора, основанного на приме­ нении продольного электрооптического эффекта, получается (рис.131) заменой произвольной анизотропной среды ячейкой Поккельса (рис. 132, а), представляющей собой одноосный пьезоэлектрический кристалл, на преломляющие грани которого нанесены полупрозрач­ ные (пленочные или сетчатые) электроды. Оптическая ось ZZ кристал­ ла располагается параллельно направлению 00 распространения