Рефераты по Физике

Применение полного внутреннего отражения для повышения лучевой стойкости магнитооптических вентилей

Страница 2

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) Checoutk eth converter & calculator online

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

84

­то­оп­ти­че­ского эффекта Фарадея показатель преломления nо материала магнитооптического элемента 4 для правоциркулярного света не равен показателю преломления nе материала магнитооптического элемента 4 для левоциркулярного света.

Перейти на страницу:  1  2  3