105.1Физические основы построения модуляторов.

1875г.—эф. Кера. Возникновение оптической анизотропии под действием внешнего эл. поля в изотропном веществе. Объясняется оптической анизотропией молекул модулирующей среды. В отсутствии эл. поля анизотропные молекулы ориентированны хаотично. Эл. поле вызывает их ориентацию.

В веществе без дип. мом., внешнее поле его индуцирует.

Различают ориентационный и поляризационный эф. Кера.

Время релаксации ориентационного τ =10^-9 с

Время релаксации поляризационного τ =10^-12—10^-13 с

Эф. Кера является квадратичным.

Световая волна пройдя ячейку Кера распадается на две линейно поляризованные волны.

Волны в среде распространяются с разными скоростями.

∆n=n_e-n₀=R_kξ²

Полоса прозрачности. Определяет спектральный диапазонизлучения проходящего через модулятор без заметного ослабления.

∆f =f_в -f_н f_н<< f_в ∆f ≈ f_в

Время срабатывания

105.2. Магнитооптический модулятор.

1)Активная среда. 2)Катушка. 3)Поляризатор. 4) Анализатор. 5)Линзы.

F_гр не более 10⁴ Гц

Для управления требуются большие напряжённости магнитного поля.

Если χ₀ изменяетс в пределах χ_max— χ_min

e→∞ m→1

105.3. Электрооптический модулятор.

Рассмотрим случай, когда электроды не препятствуют прохождению опти­ческого пучка, а фазовая задержка, являющаяся произведением напряженности поля на длину кристалла, может увеличиваться при использовании более длинных.кристаллов. В случае продоль­ного типа модуляции фазовая задержка пропорциональна E₂l=V и не зависит от длины кристалла l. Свет распространяется вдоль оси у', вектор его поляризации находится в плоскости х' — z под углом 45° к оси z. Найдем фазовую задержку, если поле при­ложено вдоль оси z:

Г=Ф_z–Ф_x’=l[(n₀–n_e)–n₀³r₆₃(V/d)/2]/c

где d—размер кристалла вдоль направления приложенного поля. Г содержит член, не зависящий от приложенного напряжения.

Схема поперечного электрооптического амплитудного модулятора, использующего КН₂РО₄ (KDP) кристалл, в котором поле приложено перпен­дикулярно направлению распространения волны

105.4. Акусто-оптический модулятор.

Акустооптический модулятор — модулятор света, принцип действия которого основан на перераспределении световой энергии между проходящим и дифрагированным на акустической волне светом. Такие модуляторы позволяют управлять интенсивностью и частотой оптического излучения. Обычно используются модуляторы дифрагированного света, т. к. 100%-ная модуляция проходящего оптического излучения требует значит, акустических мощностей. Основные характеристики акусто-оптического модулятора: эффективность; полоса пропускания f и быстродействие . Быстродей­ствие и макс. ширина полосы пропускания определяются временем прохождения акустической волны через апертуру светового пучка: f_макс=1/T=v/L, где v—скорость рас­пространения акустической волны в светозвукопроводе, L — толщина пучка акустических волн. Выделяют планарные акусто-оптические модуляторы, действие которых основано на взаимодействии оптического излучения и поверхностной акустической волны. Такие модуляторы используются в качестве активных эле­ментов интегрально-оптических схем.