D PBS PBS WP1 WP2 AM D M

ESPERIENZA 5: MODULAZIONE DELLA LUCE MEDIANTE UNA
CELLA DI POCKELS
1. Modulazione di ampiezza
Il modulatore di ampiezza è costituito da due cristalli di LiNbO3, lunghi 40 mm nella direzione lungo la
quale si propaga il fascio laser, e di dimensioni 3 x 3 mm nel piano ortogonale. I due cristalli sono
orientati perpendicolarmente tra loro, in modo da compensare la birifrangenza statica. Il modulatore
AM è montato in modo che il connettore BNC all’esterno sia a 45° rispetto al piano orizzontale. La
direzione della polarizzazione del fascio laser in ingresso può essere indifferentemente verticale (V) o
orizzontale (H).
Prima configurazione
Facciamo riferimento all’apparato mostrato in Figura
1: il fascio laser attraversa nell’ordine: un PBS, il
modulatore di ampiezza AM, una lamina λ/4 (WP1,
N.B.: è strettamente necessario utilizzare WP1 solo per
la misura dei parametri di Stokes), una lamina λ/2
(WP2) e un secondo PBS. L’intensità trasmessa dal
secondo PBS viene misurata dal detector D.
L’esperienza si sviluppa attraverso i seguenti passaggi:
- Prima di inserire AM, WP1 e WP2, allineare i due
PBS con la stessa procedura descritta nell’ Esperienza
5. Trovare poi la corretta direzione dell’asse ottico
delle lamine WP1 e WP2.
- Effettuare l’analisi di Stokes del fascio laser.
- Ruotare WP2 di 45°, in modo da minimizzare
1
l’intensità trasmessa dal secondo PBS.
- Inserire il modulatore AM (spento) e allinearlo in
2
modo da mantenere al livello minimo l’intensità
trasmessa.
Effettuare di nuovo l’analisi di Stokes del fascio laser.
Dal valore dei parametri verificare che AM non abbia
alterato lo stato di polarizzazione del fascio.
- Misurare l’intensità trasmessa in funzione della
tensione VAM applicata al modulatore, che può variare
Figura 1
da 0 a circa 200 V.
PBS
D
AM
WP
WP
M
PBS
D
- Mantenendo WP2 a 45°, verificare che l’andamento funzionale dei dati sperimentali sia del tipo
sen2(aVAM), con a = (π/2)(1/Vλ/2), dove Vλ/2 corrisponde al valore della tensione per cui AM determina
un ritardo di fase di π tra le polarizzazioni H e V. A questa tensione il segnale trasmesso dal secondo
PBS è massimo.
- Confrontare il valore trovato con quello aspettato Vλ/2 = 125 V.
Seconda configurazione
- Utilizzando lo stesso allineamento dei diversi elementi ottici inserire uno specchio (M) all’uscita di
AM, prima del secondo PBS, e allinearlo ortogonalmente al fascio laser (cfr. Figura 1). In questo modo
il fascio passa due volte attraverso il modulatore, quindi lo sfasamento indotto tra H e V è doppio, a
parità di tensione, rispetto a quello della prima configurazione. Posizionare il detector D in modo da
rivelare la radiazione riflessa lateralmente dal primo PBS, corrispondente alla polarizzazione V.
- Ripetere le misure precedenti e verificare che in questo caso l’andamento dei dati sperimentali è del
tipo sen2(2aVAM).
- Confrontare il valore trovato di Vλ/2 con quello aspettato.
- Nel caso VAM = Vλ/4, quale è la polarizzazione del fascio dopo il primo passaggio della luce nel
modulatore, cioè nello spazio compreso tra AM e lo specchio M?
- Nel caso VAM = Vλ/4, quale sarebbe il comportamento di AM se la polarizzazione del fascio al suo
ingresso fosse circolare?
2. Modulazione di fase
D
L
M2
Pz
PM
M1
Figura 2
BS PBS
WP
In questa esperienza studiamo l’effetto di sfasamento indotto sul campo
laser dalla tensione VPM applicata al modulatore di fase PM. A
differenza del caso precedente, gli assi dei due cristalli che
compongono il PM sono questa volta paralleli e il modulatore PM è
montato in modo che il connettore BNC all’esterno sia sul piano
orizzontale. Inoltre la polarizzazione richiesta del fascio in ingresso è
V. In questo modo l’unico effetto indotto dal campo applicato è dato
dallo sfasamento, δ = (π)(VPM/Vλ/2).
Il PM viene allineato all’interno di uno dei due bracci
dell’interferometro di Michelson, tra lo specchio M1 e il Beam Splitter
(BS). Lo specchio dell’altro braccio (M2) viene finemente spostato con
il trasduttore piezoelettrico (Pz, vedi Figura 2). La polarizzazione del
fascio laser uscente dal PBS, viene trasformata da H a V per mezzo di
una lamina λ/2 (WP) orientata a 45°.
La relazione che lega lo spostamento ∆L di M2 alla tensione VPz
applicata a Pz è ∆L = λ(VPz/V’λ), dove V’λ necessaria per fare uno
spostamento pari a λ = 633 nm. Il cambiamento di cammino ottico 2∆L
del fascio riflesso da M2 corrisponde quindi a uno sfasamento ∆φPz =
4π(VPz/V’λ).
Lo spostamento di Pz deve essere tale da compensare lo sfasamento
indotto dal PM in un doppio passaggio.
Vale quindi la condizione ∆φPz = 2δ → 2(VPz/V’λ) = VPM/Vλ/2.
- Misura di V’λ: partendo dalla condizione VPz = 0, VPM = 0, allineare l’interferometro su un minimo di
interferenza. Misurare la tensione applicata a Pz, necessaria per passare al minimo successivo.
- Aumentando la tensione VPM misurare il valore di VPz necessario per mantenere l’interferometro in
condizioni di interferenza distruttiva.
- Verificare che l’andamento funzionale dei dati sperimentali sia del tipo: VPz = ½V’λ(VPM/Vλ/2).
- Confrontare il valore trovato di Vλ/2 con quello aspettato.