Электрооптический амплитудный модулятор
Полезная модель относится к области оптических методов обработки информации, лазерной технике, оптической связи и локации и может быть использована в научном, технологическом, измерительном и медицинском приборостроении.
Технической задачей полезной модели является уменьшение управляющего напряжения и повышение эффективности модуляции оптического излучения путем уменьшения световых потерь.
Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический амплитудный модулятор, содержащий оптически связанные первый электрооптический элемент и первый отражатель, второй отражатель содержит равнобедренную треугольную призму, угол между равнобедренными гранями которой равен 180°-2
, где - угол Брэгга, а основание является входом электрооптического амплитудного модулятора и на нем сформирован объемный голографический элемент в виде одной брэгговской дифракционной решетки, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали под углом равным , первая равнобедренная грань призмы оптически связана с первым электрооптическим элементом, вторая - со вторым отражателем, второй электрооптический элемент, вход которого оптически связан с первым отражателем, поляризационный элемент, вход которого оптически связан с выходом второго электрооптического элемента, первый выход - со вторым отражателем, а его второй выход является выходом электрооптического амплитудного модулятора, причем главная плоскость объемного голографического элемента параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы и плоскости наведенной анизотропии показателя преломления первого электрооптического элемента, угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента равен углу Брэгга, причем первый и второй отражатели в главной плоскости параллельны друг другу, а плоскость наведенной анизотропии второго электрооптического элемента ориентирована к главной плоскости равнобедренной треугольной призмы под углом 45°.
Совокупность указанных признаков позволяет осуществлять высокоэффективную амплитудную модуляцию оптического излучения за счет существенного уменьшения потерь излучения при вводе его в электрооптический амплитудный модулятор и вывода излучения из него при помощи поляризационной амплитудной модуляции.
Полезная модель относится к области оптических методов обработки информации, лазерной технике, оптической связи и локации и может быть использована в научном, технологическом, измерительном и медицинском приборостроении.
Известен электрооптический модулятор электрооптический амплитудный модулятор [1], который состоит из резонатора Фабри-Перо, образованного двумя отражателями, в который помещен электрооптический элемент с поперечным приложением управляющего поля.
Такой модулятор не позволяет получить низковольтную высокоэффективную амплитудную модуляцию светового излучения из-за необходимости приложения полуволнового управляющего напряжения для получения на выходе минимального светового фона и наличия больших потерь излучения при вводе излучения в резонатор Фабри-Перо.
Наиболее близким по технической сущности является электрооптический модулятор [2], который состоит из трех зеркал, образующих кольцевой резонатор Фабри-Перо, и электрооптического элемента с поперечным приложением управляющего поля, причем два зеркала полупрозрачны.
Такой модулятор не позволяет получить низковольтную высокоэффективную амплитудную модуляцию светового излучения из-за необходимости приложения полуволнового управляющего напряжения для получения на выходе минимального светового фона и наличия больших потерь излучения при вводе излучения в кольцевой резонатор Фабри-Перо.
Технической задачей полезной модели является уменьшение управляющего напряжения с одновременным повышением эффективности модуляции оптического излучения
Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический амплитудный модулятор, содержащий оптически связанные первый электрооптический элемент и первый отражатель, второй отражатель содержит равнобедренную треугольную призму, угол между равнобедренными гранями которой равен 180°-2, где - угол Брэгга, на входной грани-основании которой сформирован объемный голографический элемент в виде одной брэгговской дифракционной решетки, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали под углом равным и который является входом электрооптического амплитудного модулятора, первая равнобедренная грань призмы оптически связана с первым электрооптическим элементом, вторая - со вторым отражателем, второй электрооптический элемент, вход которого оптически связан с первым отражателем, поляризационный элемент, вход которого оптически связан с выходом второго электрооптического элемента, первый выход - со вторым отражателем, а его второй выход является выходом электрооптического амплитудного модулятора, причем главная плоскость объемного голографического элемента параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы и плоскости наведенной анизотропии показателя преломления первого электрооптического элемента, угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента равен углу Брэгга, причем первый и второй отражатели в главной плоскости параллельны друг другу, а плоскость наведенной анизотропии второго электрооптического элемента ориентирована к главной плоскости равнобедренной треугольной призмы под углом 45°.
Совокупность указанных признаков позволяет осуществлять высокоэффективную амплитудную модуляцию оптического излучения за счет существенного уменьшения потерь излучения при вводе его в электрооптический амплитудный модулятор и вывода излучения из него при помощи поляризационной амплитудной модуляции.
Сущность изобретения поясняется на фигуре, где:
1 - объемный голографический элемент;
2 - равнобедренная треугольная призма;
3 - первый электрооптический элемент;
4 - первый отражатель;
5 - второй электрооптический элемент;
6 - поляризационный элемент;
7 - второй отражатель;
Устройство содержит равнобедренную треугольную призму 2, угол между равнобедренными гранями которой равен 180°-2, где - угол Брэгга, а на входной грани сформирован объемный голографический элемент 1 в виде одной брэгговской дифракционной решетки, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали под углом равным , вход которого является одновременно входом электрооптического амплитудного модулятора, последовательно оптически связанные первый электрооптический элемент 3, вход которого оптически связан с первой боковой равнобедренной гранью призмы 2, первый отражатель 4, второй электрооптический элемент 5, поляризационный элемент 6, второй отражатель 7, оптически связанный со второй равнобедренной гранью призмы 2, причем главная плоскость объемного голографического элемента 1 параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы 2 и плоскости наведенной анизотропии показателя преломления первого электрооптического элемента 3, а угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента 1 равен углу Брэгга, причем первый 4 и второй 7 отражатели в главной плоскости параллельны друг другу, а плоскость наведенной анизотропии второго электрооптического элемента 5 ориентирована к главной плоскости равнобедренной треугольной призмы 2 под углом 45°.
Объемный голографический элемент 1 выполнен в виде объемной отражающей фазовой голограммы (одна решетка) на материале «Реоксан», динамический диапазон изменения показателя преломления которой обеспечивает преобразование световой энергии в один порядок дифракции.
Равнобедренная треугольная призма 2 выполнена из стекла KB, угол между равнобедренными гранями которой равен 180°-2, а на входной грани сформирован объемный голографический элемент 1.
Первый 3 и второй 5 электрооптический элемент выполнены на базе электрооптического кристалла LiNbО 3 в виде прямоугольных призм с поперечным приложением электрического поля.
Первый 4 и второй 7 отражатели выполнены в виде диэлектрических зеркальных покрытий на плоских подложках из стекла КВ.
Поляризационный элемент 6 выполнен в виде призмы Глана из исландского шпата СаСО3.
Электрооптический амплитудный модулятор работает следующим образом.
В исходном состоянии на объемный голографический элемент 1, сформированный на входной грани - основании равнобедренной треугольной призмы 2, поступает постоянное световое излучение с плоским волновым фронтом и амплитудой Е 0, с плоскостью поляризации перпендикулярной главной плоскости оптической системы электрооптического амплитудного модулятора, где и дифрагирует. В результате дифракции световая волна отклоняется на угол равный двум углам Брэгга (2) и выйдет из равнобедренной треугольной призмы 2 через первую боковую грань. После последовательного прохождения через первый электрооптический элемент 3, первый отражатель 4, второй электрооптический элемент 5, поляризационный элемент 6, и отражения от второго отражателя 7 световая волна опять поступает на входную грань равнобедренной треугольной призмы 2 под углом равным 2, где испытывает полное внутреннее отражение. После чего поступает на новый виток прохождения к первому электрооптическому элементу 3 и т.д., что приводит к многолучевой интерференции. При этом перед поляризационным элементом 6 мы будем иметь световое поле с амплитудой электрического вектора световой волны Е k равной
где E0 - амплитуда поля поступающей световой волны;
- разность фаз наводимая между интерферирующими световыми пучками;
Tg; - коэффициент пропускания объемного голографического элемента 1
Т3 , Т5, Т6 - коэффициенты пропускания, соответственно, первого 3, второго 5 электрооптических элементов и поляризационного элемента 6;
R4, R7 - коэффициенты отражения, соответственно, первого 4 и второго 7 отражателей.
Следовательно, выражение для суммарной интенсивности света перед поляризационным элементом 6 будет иметь следующий вид:
а это означает, что, так как плоскость поляризации излучения перпендикулярна к главной плоскости поляризационного элемента 6, то оно на выход электрооптического амплитудного модулятора не поступает.
При подаче на электроды второго электрооптического элемента 5 электрического напряжения вследствие того, что оси наведенной анизотропии электрооптического материала повернуты относительно вектора поляризации световой волны на угол 45°, на его выходе ортогонально поляризованные составляющие световой волны приобретут разность фаз, что приведет на выходе второго электрооптического элемента 5 к возникновению световой волны поляризованной ортогонально световой волне, падающей на рассматриваемый электрооптический амплитудный модулятор, что приведет к выводу излучения при помощи поляризационного элемента 6. В итоге на выходе рассматриваемого электрооптического амплитудного модулятора мы будем иметь световой пучок с интенсивностью на рабочей длине волны, величину которой можно определить из следующего выражения:
где Г - задаваемая разность фаз.
Выражение (3) показывает, что в случае, когда разность фаз Г равна нулю, световой фон на выходе рассматриваемого электрооптического амплитудного модулятора отсутствует в отличие от существующих модуляторов Фабри-Перо интенсивность выходного излучения, определяется следующим выражением [4]
где Т, - энергетические коэффициенты светопропускания зеркал.
R - энергетические коэффициент отражения зеркал.
Так как параметры Tg T3T5T6R4 в выражении (3) мало, чем отличаются от единицы, то требуется совсем небольшая величина наводимой между ортогонально поляризованными составляющими разности фаз Г, а, следовательно, и управляющего напряжения, чтобы на выходе рассматриваемого электрооптического амплитудного модулятора получить интенсивность света равную по величине интенсивностям выходного излучения у существующих модуляторов Фабри-Перо.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.Ярив, П. Юх Оптические волны в кристаллах / - М: "МИР". 1987. С.616.
2. Патент США 
4119930
3. Патент РБ 11978
4. М.Борн, Э.Вольф Основы оптики / - М.: «Наука». 1973. С.720.
Электрооптический амплитудный модулятор, содержащий оптически связанные первый электрооптический элемент и первый отражатель, второй отражатель, отличающийся тем, что содержит равнобедренную треугольную призму, угол между равнобедренными гранями которой равен 180°-2, где - угол Брэгга, а основание является входом электрооптического амплитудного модулятора, и на нем сформирован объемный голографический элемент в виде одной брэгговской дифракционной решетки, штрихи которой ориентированы по отношению к нормали под углом равным , первая равнобедренная грань призмы оптически связана с первым электрооптическим элементом, вторая - со вторым отражателем, второй электрооптический элемент, вход которого оптически связан с первым отражателем, поляризационный элемент, вход которого оптически связан с выходом второго электрооптического элемента, первый выход - со вторым отражателем, а его второй выход является выходом электрооптического амплитудного модулятора, причем главная плоскость объемного голографического элемента параллельна главной плоскости равнобедренной треугольной призмы и плоскости наведенной анизотропии показателя преломления первого электрооптического элемента, угол падения входного светового пучка к штрихам решетки объемного голографического элемента равен углу Брэгга, причем первый и второй отражатели в главной плоскости параллельны друг другу, а плоскость наведенной анизотропии второго электрооптического элемента ориентирована к главной плоскости равнобедренной треугольной призмы под углом 45°.
