Рефераты по Физике

Применение полного внутреннего отражения для повышения лучевой стойкости магнитооптических вентилей

Страница 3

Пусть материал магнитооптического элемента 4 и ориентация магнитного поля, в который помещен магнитооптический элемент 4, выбраны таким образом, что nо <nе. В этом случае для обратного луча на границе "входной торец магнитооптического элемента - воздух" выполняется условие полного внутреннего отражения, в результате чего обратный луч отражается от этой границы и уходит в сторону от оптической оси. Таким образом, осуществляется пространственное разделение прямого и обратного лучей, и обратный луч не попадает на вход устройства, формирующего прямой луч. Смотрите подробности воздуходувки в москве тут.

Определим, в каком случае выполняется для обратного луча условие полного внутреннего отражения на границе "входной торец магнитооптического элемента 4 - воздух", для чего обратимся к рис. 5, где приняты следующие обозначения: ВСD - граница "воздух-входной торец магнитооптического элемента 4, АСЕ - прямой луч, ЕСF - обратный луч при a > aкр, ЕСD - обратный луч при a = aкр, a - угол падения прямого луча на границу ВСD, b - угол преломления прямого луча,

он же - угол падения обратного луча на границу ВСD, aкр - минимальный угол падения прямого луча на границу ВСD, при котором для обратного луча выполняется условие полного внутреннего отражения на границе ВСD.

Обозначим через bкр минимальный угол b, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения для обратного луча на границе ВСD.

Очевидно

sinaкр/sinbкр = nо ; (19)

sin900/(sinbкр) - 1/(sinbкр) = nе . (20)

Из (19) и (20) получаем

sinaкр = nоsinbкр = nо/nе , (21)

откуда

aкр = arcsin(nо/nе), (22)

Подставив (18) в (22), получим

aкр = arcsin(1 - lVH/(pnе)) . (23)

Таким образом, угол падения a прямого луча на входной торец элемента 4 должен удовлетворять условию:

aкр ³ arcsin(1 - lVH/(pnе)) . (24)

Так как nо и nе достаточно близки, то в формуле (24) можно принять, что nо = nе = n, где n - показатель преломления материала, из которого сделан магнитооптический элемент.

Таким образом, формулу (24) можно переписать в следующем виде

a ³ arcsin(1 - lVH/(pn)) . (25)

Приведем в качестве примера расчет угла a для кристалла CrBr3. Примем следующие исходные данные: l = 0,5´10-4 см, H=2´103 Э, V = 1600 угл. мин´Э-1´см -1 = 0,466 рад´Э-1´см-1 [7]. Примем с запасом, что n=2. Подставив эти величины в формулу (25), получим, что a ³ 830. Таким образом, реализация описанного вентиля является вполне возможной и его юстировка не вызовет трудностей.

Как следует из вышесказанного, в этом магнитооптическом вентиле непосредственное проявление магнитооптического эффекта Фарадея осуществляется толь­ко при переходе света из воздуха в магнитооптическую среду и обратно, поэтому магнитооптический элемент (поз. 4 на рис. 5) можно выполнить из немагнитного прозрачного изотропного материала с малым коэффициен­том теплового расширения (выбор таких материалов достаточно велик [8]), на скошенный входной торец которого нанесен слой магнитооптического вещества. При этом лучевая стойкость вентиля бу­дет существенно повышена как за счет возможности охлаж­дения торцов с большой эффективности, так и за счет снижения механических напряжений в магнитооптическом веществе путем оптимального подбора немагнитного прозрачного материала, на торцы которо­го нанесе­­­­­но магнитооптическое вещество.

Таким образом, использование полного внутреннего отражения позволяет повысить лучевую стойкость магнитооптических вентилей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Янов В. Г., Легомина И. Н. Оптический вентиль. Авт. свид. СССР № 1805442, приор. от 28.04.90, зарег. в Гос. реестре из-й 09.10.92, публ. 30. 03. 93 Бюл. № 12, МПК5 G 02 F 3/00.

2. Янов В. Г., Легомина И. Н. Оптический вентиль. Авт. свид. СССР № 1805441, приор. от 29.05.90, зарег. в Гос. реестре из-й 9.10.92, публ. 30.03.93 Бюл. № 12, МПК5 G 02 F 3/00.

3. Янов В. Г., Легомина И. Н. Оптический вентиль. Авт. свид. СССР № 1800435, приор. от 19.02.91, зарег. В Гос. Реестре из-й 09.10.92, публ. 07.03.93 Бюл. № 9, МПК5 G 02 F 3/00.

4. Birh K. P. A compact optical isolator. Opt. communic. 1982, v. 43, N 2, p. 79 – 84.

5. Янов В. Г., Рудой Е. М., Субботин В. А., Дмитриев А. Е. Оптический вентиль. Патент РФ № 2138838, приор. от 15.05.98, зарег. в Гос. реестре из-й 27.09.98, публ. 27.08.98.

6. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. М.: Наука, 1971. С. 672.

7. Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. Радио. 1978.

8. Справочник конструктора оптико-механических приборов. / В. А. Панов, М. Я. Кругер, В. В. Кулагин и др. Л.: Машиностроение, 1980. С. 645 – 682.

Перейти на страницу:  1  2  3