6.2. Модуляторы, дефлекторы, гетеродины

Модуляторы интенсивности оптического излучения, в которых используется линейный электрооптический эффект, работают чаще всего на кристаллах KDP, ниобатов и формиатов [243]. Принцип действия таких модуляторов основан на использовании наведенного электрическим полем двулучепреломления (см. разд. 3.3), что позволяет с помощью внешнего электрического поля низкой частоты управлять поляризацией излучения, проходящего через нелинейный элемент. Повороту плоскости поляризации на 90° соответствует 100%-ная модуляция интенсивности оптического излучения. Управляющее напряжение, дающее 100%-ную модуляцию, является важной характеристикой таких модуляторов. Очевидно, что это напряжение обратно пропорционально нелинейной восприимчивости ). Нелинейная восприимчивость мета-нитроанилина примерно равна нелинейной восприимчивости KDP[129]. Однако величи-на зависит от температуры, так как определяется близостью к точке Кюри, в то время как нелинейная восприимчивость мета-нитроанилина определяется внутримолекулярным переносом заряда и поэтому в меньшей степени зависит от температуры [114]. В случае молекулярных кристаллов нет принципиальных ограничений на расширение полосы модуляции вплоть до нижней границы ИК-спектра поглощения, лежащей в районе в то время как в ионных кристаллах эта граница лежит значительно ниже. Следует отметить, что в последнее время исследован молекулярный кристалл (2-метил-4-нитроанилин), электрооптический эффект в котором примерно втрое больше, чем в кристаллах ниобата лития. К сожалению, кристалл относится к моноклинной сингонии, что затрудняет его использование для модуляторов. Кроме того, в известных образцах этого кристалла электрооптический эффект сильно ослабляется со временем [107].

Преимущества, связанные с меньшей постоянной времени и слабой зависимостью молекулярных кристаллов от температуры, должны проявиться и при использовании в электрооптических дефлекторах световых пучков или злектрооптических линзах с управляемым фокусным расстоянием [244,245], принцип действия которых связан с созданием поперечного градаента показателя преломления под влиянием неоднородного электрического поля. При линейном градиенте происходит отклонение светового пучка, при квадратичном — фокусировка или, при достаточной протяженности рабочего элемента, канализация пучка. Однако пока что при реализации таких элементов решающую роль играет значение нелинейной восприимчивости ) максимальное в кристаллах ниобатов [243]. Кроме того, при создании дефлекторов предпочитают пользоваться акустоэлектрическими системами [246], в основе которых лежит явление отклонения световых пучков вследствие дифракции на фазовой решетке, созданной ульразвуковыми волнами. Такие устройства дают значительно большие углы отклонения, чем дефлекторы на основе электрооптического эффекта. С ионными пьезоэлектриками в акусто-электрических устройствах, возможно, могут конкурировать молекулярные кристаллы комплексов переноса заряда, поляризуемость которых заметно зависит от колебаний решетки [247]. Пока вне конкуренции

молекулярные кристаллы в пленочных модуляторах, работающих с использованием явления электрохромизма [53, 125, 135]. Очевидным недостатком, но в ряде случаев и преимуществом таких модуляторов является фиксация рабочей частоты несущей частотой, привязанной к краю электрохромной полосы поглощения молекулярных кристаллов [248]. Широкий рабочий диапазон частот модуляции, малые габариты модуляторов могут обеспечить им широкое применение. В настоящее время наилучшие результаты достигнуты при использовании модуляторов на пленках, содержащих в качестве рабочего вещества пара-нитро-пара-диметиламиностильбен [248].

Модуляторы на квадратичном эффекте Керра примыкают к модуляторам с использованием линейного электрооптического эффекта и имеют аналогичную конструкцию. Так как их действие определяется нелинейной восприимчивостью то рабочим вечеством таких модуляторов может быть жидкость. Наиболее распространенным рабочим веществом является нитробензол. Были опробованы и смеси нитробензола с органическими веществами, обладающими более низкочастотными полосами переноса заряда [160]. Наилучшим оказался 2,5-диметокси-4-нитростильбен, одномолярный раствор которого дал возможность создать ячейку Керра с пониженным в 8 раз напряжением полного просветления.

Среда модуляторов на молекулярных кристаллах особняком стоят модуляторы на жидких кристаллах [103]. В этих модуляторах используется переориентация молекул ЖК при наложении электрического поля. При этом изменение показателя преломления доходат в отдельных случаях до Для отклонения пучка света используется возникновение (или нарушение) условий полного внутреннего отражения. Эти модуляторы и дефлекторы отличаются очень низким рабочим напряжением (несколько десятков вольт при толщине пленки ЖК порядка десяти микрон.) Недостатком таких модуляторов и дефлекторов являются малые скорости срабатывания (с частотой не более нескольких сот герц). В последнее время в ЖК обнаружены более быстрые процессы переориентации, связанные с вращательными движениями молекул [249]. Эти эффекты пока не применяются для модуляторов.

Нелинейная восприимчивость определяет процессы гетеродинирования и детектирования оптического излучения [250,251]. Получение разностной частоты в режиме векторного синхронизма и использование этого эффекта для гетеродинирования оптического излучения во многом определяются конкретной задачей, а также наличием достоверных данных о надлежащем направлении волновых векторов электромагнитных полей, участвующих в преобразовании. Одним из наиболее изученных в этом отношении кристаллов является кристалл ниобата лития. Сведения о направлениях синхронизма обычно нолучают в результате исследования параметрической люминесценции [252,253].

Использование молекулярных кристаллов для детектирования и гетеродинирования будет развиваться по мере исследований режимов синхронизма при преобразовании, однако особенно эффективными молекулярные кристаллы должны в области окна относительной прозрачности, расположенного в районе Широкие области поглощения молекулярных кристаллов в и УФ-диапазонах дают возможность использовать их для нелинейного гетеродинирования или детектирования в

пироэлектрическом режиме [254], для чего приходится специально чернить кристаллы ниобата лития [241]. Особенно эффективными в этом отношении должны быть нецентросимметричные монокристаллы комплексов переноса заряда, обладающие большой нелинейной восприимчивостью и достаточно высоким пироэлектрическим эффектом [62], связанным с влиянием температуры на величину дипольных моментов элементарных ячеек кристалла.