Глава 4.2. Ограничители излучения на основе нелинейно-оптических интерферометров.

Эффект оптического переключения и ограничения излучения наблюдался в нелинейно-оптических интерферометрах со средой, состоящей из тонкой пластины узкозонного полупроводника (InSb, HgCdTe) [1, 2]. Фотогенерация электронов при двухфотонном межзонном поглощении на длине волны 10.6 мкм приводила к изменению показателя преломления полупроводника и спектральному сдвигу полосы пропускания интерферометра. В данных экспериментах показано, что для сдвига оптической толщины эталона на l/2 при толщине кристалла 200-250 мкм, требуется изменение концентрации носителей заряда на ~10¹⁶ см^-3, что обеспечивается при интенсивности 50-100 кВт/см² для длительности импульса излучения 30-40 нс. Очевидно, что при исходной настройке эталона на максимум пропускания для фиксированной длины волны излучения, сдвиг полосы пропускания будет приводить к ограничению излучения. Основными недостатками такого ограничителя является узкая спектральная полоса ограничения и небольшой динамический диапазон (не более 10).

Больший динамический диапазон и эффективность ограничения могут быть получены в нелинейных интерферометрах с пленкой диоксида ванадия (см. таблицу 1).

Таблица 1. Конструкции и коэффициенты отражения интерферометров с пленкой VO₂ для длины волны 10.6 мкм [3, 4].

Сильная модуляция оптических констант VO₂ при фазовом переходе полупроводник-металл позволяет получить коэффициент ослабления излучения до 1000. Однако, как и в интерферометрах, описанных выше, модуляция коэффициента отражения происходит в узком спектральном интервале. Динамический диапазон ограничения определяется пространственной динамикой переключения нелинейного зеркала в поперечном направлении [5] и может достигать 1000. Для увеличения спектрального диапазона ограничения выгодно использовать двухслойные интерферометры на основе VO₂, работающие не на отражение, а на пропускание [6, 7]. В этом случае модуляция коэффициента пропускания обеспечивается в спектральном интервале 3-12 мкм. Для увеличения динамического диапазона ограничения предложены двухпроходовые схемы [6, 7], позволяющие расширить динамический диапазон ограничения до 10⁴ и более. На рис. 1 показана кривая ограничения излучения двухпроходовым ограничителем с фокусировкой излучения на длине волны 10.6 мкм. Из рисунка видно, что порог ограничения 10-микросекундного импульса составляет 1 мДж, а полный динамический диапазон ограничения превышает 10⁴.

Рис.1. Ограничение излучения двухпроходовым ограничителем на основе интерферометра с пленкой VO₂. λ = 10.6 мкм, τ = 10 мкс.

Основным недостатком ограничителей на основе интерферометра с пленкой VO₂ является необходимость его термостабилизации вблизи температуры фазового перехода диоксида ванадия.

Литература к главе 4.2.:

1. A.K. Kar, J.G.H. Mathew, S.D. Smith et al Optical bistability in InSb at room temperature with two-photon excitation // Appl. Phys. Lett., 1983, 42, N 4, P.334-336.

2. J.G.H. Mathew, D. Craig, A. Miller Optical switching in a CdHgTe etalon at room temperature // Appl. Phys. Lett., 1985, 46, N 2, P.128-130.

3. О.П. Коновалова, А.И. Сидоров, И.И. Шаганов Интерференционные системы управляемых VO₂-зеркал для спектрального диапазона 0.6-10.6 мкм. // Оптический журнал, 1999, т.66, N5, с.13-22.

4. О.П. Коновалова, А.И. Сидоров, И.И. Шаганов. Управляемые VO₂-зеркала для среднего ИК-диапазона на основе интерферометра с “необращенными” полосами отражения. // Оптический журнал, 1998, Т.65, №4, С.20-23.

5. О.П. Михеева, А.И. Сидоров. Особенности ограничения лазерного излучения зеркалами на основе диоксида ванадия. // Оптический журнал, 2001, Т.68, №4, с.48-52

6. О.Б. Данилов, А.И. Сидоров, В.А. Климов, Е.Б. Шадрин, О.П. Михеева Ограничитель инфракрасного излучения Пат. РФ № 2237915, приоритет 8.04.2002 .

7. О.Б. Данилов, В.А. Климов, О.П. Михеева, А.И. Сидоров, С.А. Тульский, Е.Б. Шадрин, И.Л. Ячнев. Оптическое ограничение излучения среднего ИК-диапазона в пленках диоксида ванадия. // ЖТФ, 2003, Т.73, №1, С.77-80.