Введение к работе
Актуальность темы диссертации. С развитием квантовой электроники и лазерной техники резко повысился интерес к проблеме скашрова-ния и фокусирования лазерных пучков в пространстве. Решение такого рода задач может быть осуществлено с помощью устройств, основанных на использовании материалов, обладающих электрооптическим эффектом. Интерес к электрооптическим устройствам определяется малой инерционностью эффекта, что позволяет достигать больших скоростей управления формой и пространственным положением светового пучка К достоинствам электрооптических устройств относится простота их управления, лёгкость согласования с другими скоростными процессами и уникальный по ширине диапазон изменения частоты управляющего сигнала - от постоянного напряжения до сверхвысоких частот, определяемых мощностью источника питания. Важное место в семействе электрооптических устройств занимают градиентные устройства, обладающие максимальной эффективностью. Однако, как показывает опыт, на постоянном поле, в ждущем режиме и на низкой частоте управляющего напряжения значительное влияние на пространственные характеристики светового пучка оказывает проводимость электрооптического материала. В ходе исследования этого влияния на электрооптические фокусирование и сканирование световых пучков получены следующие результаты. Теоретически показано, что в анизотропной проводящей среде под действием неоднородного электрического поля возникает объёмный электрический заряд, обусловленный непропорциональностью тензоров диэлектрической проницаемости и проводимости. Даны оценки величины объёмной плотности электрического заряда в квадруполыюм электрооптическом дефлекторе. Экспериментально показано влияние проводимости на распределение показателя преломления обыкновенной волны в кристалле KDP. Рассматривалась анизотропная проводящая среда в условиях переменного неоднородного электрического поля. Однако эти работы остались не завершёнными, что послужило основанием для проведения данных исследований.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Исследование влияния проводимости кристаллических сред на электрооптическое сканирование и фокусирование световых пучков проводилось в рамках научного проекта "Объёмный заряд и квазистатическое электрическое поле в анизотропных проводящих средах", выполненном в Институте физики НАН Беларуси в 1992-94 годах по заданию Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы является исследование динамики поведения электрического заряда, накапливающегося в анизотропной слабо проводящей среде под воздействием неоднородного электрического поля и обоснование линейности его изменения с питающим напряжением.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что:
определён вид неоднородных электрических полей, с помощью которых в кристалле с линейным электрооптическим эффектом формируется распределение показателя преломления, необходимое для отклонения или фокусирования света. Установлены оптимальные ориентации электрического поля, направления распространения и поляризации света в кристалле, при которых достигается наибольший отклоняющий или фокусирующий эффект;
развит метод расчёта квазистатических электрических полей на область частот, при которых анизотропная среда одновременно проявляет как проводящие, так и диэлектрические свойства;
впервые зарегистрирован объёмный электрический заряд в проводящей анизотропной среде под воздействием неоднородного электрического поля, обусловленный непропорциональностью тензоров диэлектрической проницаемости е^ и проводимости с&;
впервые решена задача о распределении показателя преломления в анизотропной среде в случае несоответствия истиной анизотропии кристалла и использованной при расчётах системы электродов градиентного электрооптического устройства;
изучены особенности распределения показателя преломления в анизотропной слабо проводящей среде в зависимости от фазы питающего напряжения;
впервые установлены фазовые соотношения между управляющим напряжением и объёмной плотностью заряда.
Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что
разработаны, реализованы и исследованы отклоняющие и фокусирующие электрооптические устройства;
разработана методика измерения анизотропии и главных значений проводимости, защищенная авторским свидетельством;
установленный факт появления объёмного электрического заряда в анизотропных средах указывает на необходимость учитывать это явление при разработке и эксплуатации электрооптических устройств, в которых присутствуют неоднородные поля и которые по условиям эксплуатации находятся под воздействием постоянного (ждущий режим) или низкочастотного управляющего напряжения.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
При воздействии неоднородного электрического поля в проводящей однородной анизотропной среде с непропорциональными друг другу тензорами диэлектрической проницаемости е± и проводимости 0 происходит накопление объёмного электрического заряда.
-
Гармонически изменяющееся во времени управляющее напряжение приводит к линейному изменению объёмной плотности заряда, которое сопровождается смещением по фазе при переходе от одной точки среды к другой.
-
Распределение показателя преломления в линейной анизотропной среде с непропорциональными друг другу тензорами Б& и а&, определяется как воздействием внешнего переменного неоднородного электрического поля произвольной конфигурации, так и объёмным электрическим зарядом, смещённым по фазе относительно управляющего напряжения.
-
Методика измерения анизотропии и главных значений проводимости электрооптических кристаллов, позволяющая получить ранее недоступные сведения об этих величинах, основанная на локальном измерении анизотропии токов.
-
Разработка, создание и исследование градиентных отклоняющігх и фокусирующих устройств.
Личный вклад соискателя. Диссертационная работа отражает личный вклад автора в выполненных исследованиях. Научными руководителями - Академиком НАНБ, доктором физико-математических наук, лауреатом Государственной премии СССР, профессором Б.В. Бокутем и доктором физико-математических наук, профессором НА. Гусаком была сформулирована тема диссертационной работы и совместно получены некоторые результаты. Отдельные теоретические результаты получены совместно с Н.А. Гусаком и Б.В. Крыловым. Совместно с А.Г. Мащенко на образце, изготовленном автором, проведен эксперимент по регистрации объёмного заряда электрическим методом. Автором самостоятельно изготовлены все экспериментальные образцы управляемых отклоняющих устройств, проведены эксперименты и обработка экспериментальных результатов, разработано программное обеспечение для ПЭВМ и проведены все представленные в диссертации расчеты. Две работы из числа опубликованных подготовлены автором самостоятельно.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на III Всесоюзной конференции "Физические основы передачи информации лазерным излучением" (Киев, 1973 г.) и I Всесоюзной конференции "Проблемы управления параметрами лазерного излучения" (Ташкент, 1978 г.)
Оиубликованность результатов. Основные результаты диссертаци онной работы изложены в статьях [1 - 9], в научных докладах на конферен циях [10, 11] и описаниях изобретений к авторским свидетельствам [12 19]. Общей объём опубликованных материалов составляет 79 страниц.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения общей характеристики работы, четырёх глав с краткими выводами по каж дой из них, заключения и списка использованных источников. Полный объ ём диссертации составляет 134 страницы, включая 34 иллюстрации, 6 таб лиц и список источников из 83 наименований на 6 страницах.
