1.2. Модулятори.

Будова електрооптичного модулятора подана на рис.2. практичне використання електрооптичного ефекту засноване на тому, що показник заломлення різний для світла, поляризованого перпендикулярно і паралельно прикладеному зовнішньому електричному полю, і ця різниця залежить від величини поля.

На рис.2 вхідне світло, що поширюється вздовж осі z, поляризоване під кутом 45̊ по відношенню до зовнішнього електричного поля E_0x . За наявності зовнішнього поля виникає різниця показників заломлення для поздовжнього до зовнішнього електричного поля E_x(ω) і поперечної E_y(ω) компонент електромагнітного поля світлового випромінювання

(11)

де n- показник заломлення за відсутності зовнішнього поля, r – електрооптичний коефіїєнт Поельса, - напруженість овнінього елетричного поля, спрямованого вздовж 0x. В результаті при виході світлової електромагнітної хвилі з кристала довжиною l компоненти Е_х(ω) і Е_у(ω) набувають оптичну різницю ходу

(12)

Відповідна різниця фаз між компонентами Е_х(ω) і Е_у(ω) буде

(13)

Якщо Δ_ОПТ=λ/2, то площина поляризації вихідного світла буде повернута на 90̊ по відношенню до площини поляриції вихідного пучка. Таким чином, якщо кристал з поперечними розмірами a˟b поміщений між схрещиними поляризаторами, то вихідний сигнал відсутній при відсутності напруги і досягає максимуму, коли прикладена зовнішня «півхвильова напруга»:

(14)

Величина n³r являє собою фактор якості електрооптичного матеріалу.

Для рівності тривалості світлового імпульсу і імпульсу керуючої напруги необхідно, щоб час проходження світлової хвилі по кристалу був набагато меншим тривалості тривалості імпульсу керуючої напруги. Якщо тривалість імпульсів невелика, можна обмежитись умовою, коли час проходження світлової хвилі через модулятор в 20 разів менше періоду проходження керуючих імпульсів:

(15)

Тоді максимально можлива частота модулюючого сигналу обмежена довжиною комірки відповідно до співвідношення:

(16)

Оскільки для роботи комірок Поккельса потрібне поляризоване світло, то при їх використанні в оптичних лініях зв’язку спільно з джерелами некогерентного випромінювання, якими є СВД, при поляризації на вхідному поляризаторі втрачається δ_пол=0,5 потужності випромінювання. Таким чином, ККД комірки Поккельса визначається добутком

δ_мод=δ_пол ˣδ_матер (17)

де δ_матер – коефіцієнт пропускання матеріалу комірки.

1.3.Світлопроводи

Дуже короткий світловий імпульс деякої спектральної ширини Δλ=λ₂-λ₁, введений в світловод в одномодовому режимі, коли фронт хвилі перпендикулярний осі світловода, виходить з нього дещо розмитим в часі. Це відбувається в результаті оптичної дисперсії, коли світлові хвилі з різною довжиною хвилі поширюються з різною швидкістю: більша довжина – більша швидкість. Такий ефект накладає фундаментальне обмеження на верхню межу частоти проходження імпульсів. Частота проходження імпульсів не може бути більше граничної частоти f_max, при якій в процесі поширення імпульсів по світловоду довгохвильовий край λ₂ одного імпульсу наздожене короткохвильовий край λ₁ попереднього імпульсу, найменший період проходження імпульсів Т_тіп має дорівнювати різниці інтервалів поширення короткохвильового t₁ і довгохвильового t₂ імпульсів

де n(λ₁) і п(λ₂) - показники заломлення для короткохвильового і довгохвильового країв спектрального діапазону імпульсу, L - довжина світловода, с - швидкість світла у вакуумі, λ₁ і λ₂ - розраховують за спектральною напівширину імпульсу Δλ.

Тут враховано, що знаючи величину дисперсії dn/dλ для заданого діапазону довжин хвиль і спектральну напівширину імпульсу Δλ, можна знайти різницю показників заломлення для короткохвильового і довгохвильового країв спектрального діапазону імпульсу:

(18)

Поширення світлового сигналу по світловод супроводжується втратами, що характеризуються питомим коефіцієнтом втрат

(19)

де - потужність на вході, - потужність на виході світловоду довжиною L км. Тоді повне загасання після проходження світловоду довільної довжини L

(20)

Тоді потужність сигналу на виході можна визначити як

Рис. 3. Питоме затухання кварцового оптоволокна

Для волоконнооптичних ліній зв'язку найчастіше використовується кварцове волокно, спектр поглинання якого показаний на рис.З. Існують чотири мінімуму поглинання: 2,7, 0,8, 0,5 і 0,2 дБ / км - вікна прозорості. Залежно від комплексу умов вибирається певне вікно прозорості. Щоб випромінювання СІД точно відповідало обраному вікна, необхідно застосувати напівпровідник з відповідною шириною забороненої зони, яка визначається із співвідношення 6.