Применение полного внутреннего отражения для повышения лучевой стойкости магнитооптических вентилей
ÐEDB=ÐADB=900. (1)
Очевидно, что длину LDE отрезка DE можно определить по формуле
LDE = LBDtga, (2)
где LBD - длина отрезка BD, причем LBD=f. Тогда длину LAD отрезка AD можно определить следующим образом:
LAD = LAE - LDE , (3)
где LAE - длина отрезка AE. Так как LAE=R, то формулу (3.3) можно преобразовать, подставив (2) в (3):
LAD = R - LBDtga . (4)
Так как треугольник АВD является прямоугольным, то угол b можно определить следующим образом:
b = arctg (LAD/LBD) = arctg[(R - f´tga)/f] = arctg [(R/f) - tga]. (5)
Продолжим линию BD влево и обозначим точку её пересечения с линией О'СО" буквой Н. Обозначим через g угол преломления луча АВС в прозрачной пластине (рис. 3). Тогда
sinb : sing = nп : nо , (6)
где nп - показатель преломления прозрачной пластины, nо - показатель преломления среды, окружающей прозрачную пластину.
Из (6) следует, что
sing = (nо /nп)sinb . (7)
Подставив (5) в (7), получим
g = arcsin [(nо/nп)sin(arctg((R/f) - tga))] . (8)
Обратимся теперь к треугольнику BCO" (рис. 3). Пусть ÐBCO" = x. Проведем через точку О" линию F'F", параллельную оптической оси. Так как угол F'О"В прямой, то
Ð СО"В = 900 - j. (9)
Ввиду того, что угол НВО" прямой:
ÐСВО" = 900 - g . (10)
Так как сумма углов любого треугольника равна 1800, то, рассмотрев треугольник ВСО", можно сделать вывод, что
x = 1800 - ÐСО"В - ÐСВО" = 1800 - (900 - j) - (900- g)= j + g . (11)
Тогда угол z падения луча ВС на отрезок О'О" определяется следующим соотношением:
z = 900 - x = 900 - j - g . (12)
Условие полного внутреннего отражения будет выполнено, если синус угла преломления равен единице. Отсюда можно получить выражение для минимального угла zпред , при котором существует полное внутреннее отражение:
sinzпред = nо/nп , (13) откуда следует, что
zпред = arcsin(nо/nп) . (14)
Подставив (12) в (14), получим выражение для минимального угла между оптической осью и образующей конуса, при котором выполняется условие полно го внутреннего отражения для луча, распространяющегося в обратном направлении:
jпред = 900 - zпред - g . (15)
Подставив (12) и (14) в (15), получим
jпред = 900 - arcsin(nо/nп) - arcsin[(nо/nп)sin(arctg ((R/f) - tga))]. (16)
Таким образом, угол j должен удовлетворять условию:
j < 900 - arcsin(nо/nп) - arcsin[(nо/nп)sin(arctg ((R/f) - tga))]. (17)
Если в процессе эксплуатации будет нарушена целостность поверхности конусного отверстия (например, вследствие выкрашивания прозрачного материала в конусном отверстии при воздействии обратного луча очень большой мощности), то достаточно повернуть диафрагму 3 вокруг оптической оси и ввести тем самым в зону отражения неповрежденный участок конусного отверстия. В описанном вентиле для дальнейшего повышения лучевой стойкости можно осуществить либо непрерывное вращение диафрагмы 3 вокруг оптической оси, либо вместо акустооптического дефлектора 5 установить, как это сделано в [1, 2] два сканера с ортогональными плоскостями сканирования и обеспечить тем самым круговое или спиральное движение сфокусированного пятна обратного луча по поверхности конусного отверстия.
В описанном выше вентиле использовалась невзаимность поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света вследствие магнитооптического эффекта Фарадея при прохождении света через среду, на которую воздействует продольное магнитное поле.
В описанном в [5] вентиле применяется циркулярная поляризация оптического излучения. При этом используется неравенство в магнитооптическом материале показателей преломления для левоциркулярного nо и правоциркулярного nе света относительно продольного магнитного поля. В соответствии с законом Фарадея [6] nо и nе связаны соотношением
nо = nе(1 - lVH/(pnе)) , (18)
где l - длина волны света, V - постоянная Вердé (удельная вращательная способность) магнитооптического материала, H - величина проекции напряженности магнитного поля на оптическую ось.
Функциональная схема магнитооптического вентиля, использующего разницу между значениями nо и nе, приведена на рис. 4, где приняты следующие обозначения: 1 - поляризатор, 2 - первая четвертьволновая пластина, 3 - магнитная система, 4 - магнитооптический элемент, 5 - вторая четвертьволновая пластина, 6 - анализатор.
Входной торец магнитооптического элемента 4 выполнен скошенным. В этом вентиле для обратного луча на границе "входной торец магнитооптического элемента 4 - воздух" выполняется условие полного внутреннего отражения, в результате чего обратный луч уходит в сторону от оптической оси.
 |
После прохождения через поляризатор 1 и первую четвертьволновую пластину 2 прямой луч становится циркулярно поляризованным, например, правоциркулярным относительно направления магнитного поля, затем он проходит через магнитооптический элемент 4 и вторую четвертьволновую пластину 5, в результате чего он снова становится линейно поляризованным.
Обратный луч, пройдя через анализатор 6 и вторую четвертьволновую пластину 5, становится левоциркулярным относительно направления магнитного поля и проходит через магнитооптический элемент 4. Вследствие магни
|