Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

П
оскольку при продольном эффекте разность фаз Δφ^II зависит лишь от напряжения на кристалле Uz и не зависит от его длины, модулирующий кристалл может быть вырезан в виде тонкой пластинки. Если взять набор таких пластинок и к каждой из них приложить одно и то же напряжение Uz, то суммарная разность фаз Δφ^II_Σ между ортогонально поляризованными компонентами светового луча будет равна NΔφ^II, где N – число пластинок. Практически удобно использовать систему из N кристаллов, разделенных электродами со знакочередующимися электрическими полями (рис.17), что в N раз снижает полуволновое напряжение системы: Σ U^II_λ/2= U^II_λ/2/N, и тем самым упрощается электронная система управления модуляторами.

Рис. 17.

Для модуляторов, работающих на поперечном эффекте также выгодно использовать несколько пар элементов с температурной компенсацией. В случае одной пары элементов с поперечным полем (рис.17) из (40) будем иметь:

Δφ^T= π или

(35)

Из (35) следует, что в модуляторе с поперечным управляющим полем полуволновое напряжение U^T_λ/2 зависит от соотношения величин d и l_M (рис.13). Поэтому, используя в поперечном модуляторе кристаллические элементы в виде сильно вытянутого параллелепипеда (с соотношением сторон, например, d/l_M=0,1) можно существенно (в 10 раз) понизить полуволновое напряжение по сравнению с одиночным продольным модулятором. Это приводит к уменьшению потребляемой мощности устройств управления модуляторами, снижению их эксплуатационной стоимости и к упрощению самих электронных схем. Величину разности фаз (28) для рассматриваемого модулятора с четом (35) можно представить в виде :

Δφ^T= π Uz / U^T_λ/2 = π(d/l_M) Uz / U^II_λ/2. (36)

Если поперечный модулятор состоит из N пар элементов, то полуволновое напряжение всего устройства снижается в N раз:

(37)

После подстановки (34) или (36) в (32) и (31) получим

(38)

(39)

Формулы (38) и (39) (скрещенные и параллельные поляроиды соответственно) устанавливают связь коэффициента пропускания электрооптического модулятора с управляющим напряжением Uz. Эти зависимости τ_M=f(Uz) называются статическими модуляционными характеристиками и приведены на рис.18. При Uz= U_λ/2 пропускание модулятора становится максимальным для τ_M^скр=1 или минимальным для τ_M^пар=0. Если управляющее напряжение Uz изменяется по синусоидальному закону (U₁) с частотой ω_с (или периодом T=2π/ ω_с)и амплитудой U₀ (кривая 1 на рис.18), то интенсивность света после анализатора меняется с удвоенной частотой 2 ω_с (или T₁=1/2 T). Эффект удвоения частоты модулированного сигнала проявляется за счет большой нелинейности СМХ вблизи точки Uz=0. Это приводит к серьезным искажениям при модуляции, и что особенно важно, практически исключает возможность восстановления сложного информационного сигнала из модулированного в демодуляторе. Поэтому, так же как в электронике, для получения модулированного излучения с наименьшими искажениями пользуются смещением рабочей точки модулятора с помощью постоянного напряжения смещения UCM. Обычно напряжение смещения выбирают в середине линейного участка СМХ модулятора, т.е. .

Рис.18.

При
незначительном отличии U_cм1. от величины 0,5*U_l/2 нелинейные искажения при модуляции составляют 4%, при они возрастут до 12%, а при - более чем в 15 раз (кривая 4, рис. 18). В связи с этим необходима стабилизация напряжения смещения на уровне . На практике выполнения этого условия достигают за счет использования четвертьволновой пластинки (14), вносящей постоянную разность фаз между двумя плоскополяризованными компонентами, распространяющимися в анизотропной среде.

Следовательно, вместо постоянного напряжения смещения Uсм1 можно пользоваться пластинкой толщиной в l/4, устанавливаемой до или после модулятора (3, рис. 16). Обычно она изготавливается из слюды ил кварца. В этом случае отпадает необходимость подводки к кристаллу постоянного высоковольтного напряжения смещения и его стабилизации. Здесь необходимо отметить, что использование четвертьволновой пластинки целесообразно только при наличии монохроматического лазерного излучения, поскольку для источника излучения с широким спектром разность фаз, вносимая этой пластинкой, будет неодинаковой для разных участков спектра источника, что приведёт к искажениям модулированного сигнала.

Большое значение с точки зрения нелинейных искажений играет амплитуда модулирующего напряжения Uo (рис. 18, кривая 3). Оптимальное значение амплитуды модулирующего напряжения выбирают из условия:

(40)

Модуляторы на кристаллах типа DKDP (KDP и ADP), обладающих значительным ЛЭЭ, необходимо использовать только в коллимированном излучении. При непараллельности пучка и оптической оси z разность хода, естественно возникает даже тогда, когда к кристаллу не приложено напряжения, и плоско поляризованное излучение оказывается достаточно эллиптически поляризованным за счет естественной анизотропии при несовпадении излучения с одним из главных направлений в кристалле и, тем самым, может пройти на выход устройства даже при скрещенных поляризаторах, что вносит дополнительные искажения в модулированное излучение.

В качестве примера приведем некоторые характеристики:

Серийно выпускаемый электрооптический модулятор МЛ-102 имеет следующие характеристики:

1. Диапазон рабочих длин волн лазерного излучения на уровне 80% от максимума

на l = 0,8328 мкм..................................................................................0,4 - 1,5 мкм

2. Максимальный коэффициент пропускания

для λ = 0,6328 мкм.................................................................................................80%

λ = 0,4416 мкм................................................................................................................65%

3. Статическое полуволновое напряжение

для λ = 0,6328мкм…....................................................................................................240 В

λ = 0,4416 мкм.............................................................................................................170 В

4. Полоса модулирующих частот....................................................................0 - 150 МГц

5. Электрическая прочность................................................................................... 1000 В

6. Входная емкость................................................................................................ 100 пФ

7. Максимальная допустимая мощность лазерного излучения............................... 2 Вт

8. Максимально допустимая реактивная мощность модулирующего сигнала.. 160 Вт

9. Максимальный диаметр пучка излучения.............................................................3 мм

10. Максимальная расходимость...................................................................................10'

11. Минимальная наработка.....................................................................................2000 ч

12. Габаритные размеры изделия........................................................... 250 х 60 х 41 мм

13. Масса не более.........................................................................................................1 кг.

Конструктивно модулятор представляет собой цилиндрический металлический корпус, в котором размещен кристаллический элемент, состоящий из 4-х кристаллов DKDP, установленных на общем основании и соединенных между собой лепестками. На корпусе модулятора имеются выходные окна для излучения, которые в перерывах между включениями закрываются от пыли навинчивающимися заглушками. Для защиты кристаллов от влаги в корпус модулятора заливается иммерсионная жидкость, а со стороны выходных окон устанавливаются на герметик стеклянные пластины. На корпусе модулятора установлен съемный блок поляризатора, в качестве которого используется модифицированная призма Глана. Для подключения модулирующего напряжения на верхней части корпуса имеются две приборные вилки, соединенные между собой параллельно.

7. Методы демодуляции

Входная часть оптических приемников может быть построена на основе одного из двух принципов приема: прямого фотодетектирования и фотосмешения (гетеродинный и гомодинный метод).

На выходе фотодетектора схема оптического приемника не отличается от схемы обычного приемника радиодиапазона.

При прямом фотодетектировании (рис. 19 а) сигнал на выходе фотоприемника воспроизводит изменение мощности принимаемого модулированного света, а информация о частоте и фазе несущей теряется. Выходной ток фотодетектора i_р пропорционален усредненному по времени (за период несущей) мгновенному значению интенсивности несущей с(t)

(41)

где - коэффициент преобразования фотоприемника; -квантовая эффективность фотоприемника; е - заряд электрона.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы