1 ¬ Лазер одномодовый, 2 ¬ расширитель луча, 3, 6 ¬ полупрозрачные пластины, 4, 7 ¬ зеркала, 5 ¬ исследуемая среда, 8 ¬ видеокамера, 9 ¬ интерфейс, 10 ¬ пк
3.5. Волоконно-оптические и интегрально-оптические интерферометры
3.5.1. Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо
Структурная
схема волоконно-оптического интерферометра
Фабри-Перо приведена на рис. 3.15.
Волоконно-оптический интерферометр
Фабри-Перо работает следующим образом:
свет от полупроводникового лазера (ПЛ)
вводят в одномодовое оптическое волокно
и он идет к сплавному разветвителю Р,
разрезанному в месте сплавления. Часть
света отражается от торца разветвителя
Р
и идет к фотоприемнику ФП.
Другая часть света отражается от
зеркальной поверхности, установленной
на расстоянии h
от
торца
Рис. 3.15. Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо
разветвителя. Фототок на выходе фотоприемника изменяется по синусоидальному закону в зависимости от расстояния h, как показано в нижней части рисунка справа.
Малые перемещения зеркального отражателя приводят к изменению фототока на выходе фотоприемника. Таким образом, на линейном участке можно регистрировать перемещение мембраны с отражающим зеркалом на 0,1 мкм и реализовать измеритель малых изменений давления или температуры. Большие перемещения зеркального отражателя можно измерять путем подсчета периодов колебаний, соответствующих количеству длин волн используемого излучения.
3.5.2. Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера
Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера приведена на рис. 3.16.
Рис. 3.16. Структурная схема волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера (F(t) - воздействие давления или E(t) -электрического поля)
Интерферометра Маха-Цендера работает следующим образом. Свет от полупроводникового лазера ПЛ вводят в одномодовое оптическое волокно и он идет к сплавному разветвителю, разветвляющемуся на в месте сплавления на два волокна, представляющие два канала - опорный и измерительный. Свет делится в каналах поровну. На выходе интерферометра также имеется сплавной разветвитель. Если сигналы приходят к выходному разветвителю с одной фазовой задержкой, то на выходе двух каналов образуются равные сигналы. Под действием давления F(t) или электрического поля E(t) в измерительном канале формируется задержка по фазе и, в результате интерференции, свет переходит преимущественно в один из двух каналов. На выходе первого канала формируется сигнал I1(t), отображающий влияние воздействия, как показано на рис. 3.16 в правом нижнем углу.
Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера успешно используется в измерительных приборах и в качестве модулятора оптического излучения. Известно применение интерферометра Маха-Цендера в гидрофонах, когда измерительное плечо представлено в виде катушки волокна длиной 1…2 м, которая выполнена герметично и погружается в воду. В качестве модулятора в интерферометре используют катушку, приклеенную к пьезоэлектрическому цилиндру.
3.6. Планарные диспергирующие элементы интегральной оптики
3.6.1. Планарные волноводы
Аналогом объемных дисперсионных элементов является их планарная реализация в виде плоских волноводных структур.
В настоящее время во всем мире в устройствах обработки информации широко используются системы, выполненные на основе интегральной оптики. На поверхности подложек из различных материалов от полупроводников и сегнетоэлектриков до кристаллических и аморфных создаются оптические волноводы, распространение света в которых подчиняется тем же законам, что и в волоконных световодах. Причем для случая использования одномодовых оптических волокон в многоканальных системах связи планарная реализация является единственно возможным средством достижения высокой степени уплотнения/разуплотнения каналов.
На основе оптических волноводов различного вида разработано большое количество устройств, в частности, итерферометры.
Интерферометр Маха-Цендера (ИМЦ) в планарном варианте формируют с помощью канальных оптических волноводов, получаемых диффузией титана в ниобате лития. Интерферометр Маха-Цендера может использоваться как переключатель каналов и модулятор.
При подаче напряжения на электроды управляющего плеча изменяется показатель преломления n в волноводе за счет пьезоэлектрического эффекта и происходит задержка по фазе.
В зависимости от фазы на выходе ИМЦ происходит перераспределение интенсивности света в I или II канал.
Переключение и модуляция могут проходить с частотой до 200 МГц.
В современных модуляторах управление подают в обои плечи в противофазе.
Предельная частота модуляции Fмод составляет 500 МГц.
Фазовая задержка составляет:
.
Чем больше длина воздействующих электродов L, тем меньше требуется напряжение U для той же фазовой задержки Δφ. Однако, возрастает емкость и падает Fмод.