Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Модуляторы для СВЧ частот необходимо специально проектировать в каждом отдельном случае. Например, Каминов [42], используя кристалл КОР в виде стержня диаметром 4 мм и длиной 35,5 мм, установленный в полости СВЧ резонатора, работающего на частоте 1О ГГц, получил фазовую задержку Г=2,4. Необходйегая для модуляции СВЧ мощность 750 Вт, а полоса была ограничена добротностью резонатора и равнялась 60 МГц.
В ря. де конструкций модуляторов бегущей волны на электрооптических кристаллак были достигнуты полосы в несколько гигагерц. Хотя в настоящем разделе особое внимание было уделено рассмотрению линейных электрооптических модуляторов, в которых направления распространения света и напряженность приложенного поля совпадали, в качестве электрооптических материалов могут использоваться также кристаллы КОР и АОР, у которых электрическое поле прикладывается вдоль оптической осн, но поперек направления распространения света.
Такая конфигурация позволяет примените более удобную конструкцию электродов и увеличить длину кристалла без соответствующего увеличения приложенного напряжения. Однако здесь от приложенного поля зависит только один показатель преломления (по оси х или у], в то времй как другой (по оси а) остается постоянным. В злектрооптических материалах с малыми потерями (как, например, В)КЬО,) конфигурация с поперечио приложенным управляющим полем обладает тем преимуществом, что увеличение длины кристалла может быть использовано для уменьшения приложенного напряжения.
Кристаллы с кубической симметрией, обладающие квадратичным злект. рооптическим эффектом, имеют преимущество как модуляторы или при их использовании для отклонения луча, если требуется фазовый сдвиг больше 322 9.2. Лазерные передатчики и модуляторы шсйз и,' йчо= гЕе, 3 (их+ пт ия) (59) тле т — вомер типа колебания лазера; /а — расстояние между отражателями; Ее — длина электрооптического кристалла; и, — показатель преломления кристалла; т — электрооптическая чувствительность, см/В; Е, — приложенное напряжение. Для 4=50 см, из=5 см, и, 1,5, т= !О э см/В, по формуле (59) получаем Ьче=!О' Гц/(В см). Управление добротностью. Илепульсную выходную мощность лазеров многих типов можно радикально увеличить, а длительность импульса соответственно уменьшить с помощью метода, известного как метод управления добротностью (43). Длительности импульсов, получаемы~ этим методом, лежат в диапазояе 5 — 50 ис.
Для реализации метода управления (переключения) добротностью а активной среде доли иа быть получена очень высокая инверсия населенности до начала генерации. В данном методе в течение части периода накачки потери в резонаторе делаются достаточно большими, чтобы помешать возникновению генерации. При этом достигается сильная инверсия, затем потери быстро делаются очень малыми, так что усиление среды резко увеличивает- 323 чем )г/2. В этих материалах сдвиги на последующие Л/2 получаются при меньших разностях потенциалов. Стандартные модуляторы с ячейкой Керра на основе нитробензола имеются в продаже и особенно полезны для осуществления управления добротности (генерация гигантских импульсов).
Типичное значение управляющего напряжения для получения полуволнового фазового сдвига равно 30 кВ, и апертуры имеют диаметры от 1 ло 3 см. Возможны скорости переключения в несколько десятков наносекунд. Эффективность электрооптических модуляторов можно увеличить, если их использовать как составную часть ннтерфереициониых фильтров или фильтров Фабри — Перо. В этом случае малый фазовый сдвиг в электрооптическом материале расстраивает фильтр и создает очень эффективную модуляцию.
Хотя этот метод применяется для осуществления СВЧ модуляции с малой мощностью потребления (всего в несколько ватт), он требует хорошо коллимированиых пучков и очень чувствителен к расстройке из-за измене. ний температуры. Для получения больших глубин модуляции при малой модулирующей мощности в интерферометре Фабри — Перо были применены пьезоэлектрические материалы, Этот способ, однако, ограничивается диапазоном модулирующих частот порядка мегагерц, поскольку резонансная частота обратно пропорциональна толщине кварцевой пластины, н на высоких частотах толщина становится меньше, чем та, при которой может быть осуществлена полировка.
Например, при 100 МГц длина ультразвуковой волны в кварце равна 30 мкм. Модуляция света была также получена при смещении края области поглощения в полупроводниковом материале под действием электрического поля, что сопровождается сильным изменением прохождения света иа краю области. Этот способ может применяться только на низких уровнях мощности, так как поглощение значительной мощности сопровождается иагреваииеы, что приводит к дальнейшему увеличению поглощения.
Некоторые методы модуляции могут быть использованы и для получения частотной модуляции. Любой модулятор, создающий фазовый сдвиг и имеющий малые потери, можно установить в полости резонатора между отражающими зеркалами для изменения оптической длины полости и, следовательно, ее резонансной частоты. Для электрооптического кристалла частотный сленг определяется выражением Гл У. Олтячнскяа лояаюры ся. Большая часть энергии, запасенная в активной среде, лавинообразно переходит в течение нескольких наносекунд в излучение.
Энергия излучаемого импульса ограничена величиной энергии,' которая может быть запасена в полностью возбужденной среде. Например, в кристалле рубина максимальная запасенная энергия равна айт/2 2,33 Дж!смз, где а — число ионов в 1 см'. Таким образом, кристалл объемом б см', реализовав свою энергию за 10 нс, создает импульснуго мощность более 1ООО МВт. В лазере без управления добротностью каждый активный ион в течение импульса длительностью несколько сотен микросекунд несколько раз переходит в различные энергетические соостояния, при этом излучается значительно ббльшая полная энергия, чем в режиме с управлением добротностью, когда длительность импульса слишком коротка, для того чтобы ионы иэ невозбужденного состояния могли быть переведены накачкой в возбужденное. Один из методов осуществления управления добротностью состоит в замене одного из фиксированных концевых отражателей оптической полости на вращающееся зеркало или призму с полным внутренним отражением.
Добротность резонатора мала в течение той части периода накачки, когда врашазощийся отражатель не направлен на второй концевой отражатель с фиксированным положением. В течение этого времени происходит восстановление инверсии населенности. Когда вращающийся отражатель оказывается направленным на фиксированный, получается высокая добротность и лазер излучает гигантский импульс энергии. Другой способ осуществления метода управления добротностью состоит в использовании затвора между одним из концевых отражателей резонатора и активной средой.
Затвор находится в занрытом состоянии в течение периода действия накачки до того момента, когда нужно получить импульс. При открывании затвора лазер излучает гигантскую вспышку. Затвор может пред- 0сгпойной «у» спойное еиллен нос лонльтги 10=ест') упирали патлы -еслышн 0' руйинойсгй нриаталл линой 1 тены анетрон 651й пейна ослотителп" -50% лри унонурсйнсе шности лай7Р йсплгш еотралчалгыие понрсутип йрашаюшапсп присна(40 Пногоолойный дислентричеониаотралгатслв й 00 12 Рос.
!3. схеметиеесяое нзобреженне структуры лазера с упрнвляемой добротностью 181з о — ззтвор с внешним упрнеленнем; 6 — просветляющийся поглотитель. Л вЂ” «озффнниент отражения; à — ковффицнент пропускяния. 324 9 8. Оптические приемники ставлять собой оптический модулятор, такой как ячейка Керра или ячейка с поглотителем, обладающим способностью обесцвечиваться. Последний случай относится к пассивному способу управления добротностью, поскольку не требуется никакого внешнего упрапления затвором.
Применительно к лазеру на рубине метод состоит в использовании металло- органических соединений, называемых фталоцианинами. Раствор сильно поглощает свет с длиной волны рубинового лазера и препятствует возникновению генерации до тех пор, пока усиление в рубине не превысит потери, вызываемые поглощением, и лазер не начнет слабо излучать когерентиый свет. Этот слабый свет лазера обесцвечивает раствор фталоцианина и делает его прозрачным для излучения рубинового лазера. Обесцвечивание осуществляется благодаря насыщению поглощения на длине волны рубина (при равенстве населенностей верхнего н нижнего состоявий фталоцианина).
Раствор мгновенно становится прозрачным, становится возможным большое «чистое» усиление в рубине и возникают колебания большой амплитуды, которые излучаются в виде гигантского импульса, содержащего всю энергию, запасенную в рубине. После импульса раствор быстро возвращается в прежнее состояние, способное к поглощению и готов для формирования следующего гигантского импульса. На рис. 13 показана типичная схема лазера с управлением добротностью. 9.3. Оптические приемники Выбор схемы построения оптических приемников определяется характером необходимой информации, внешним и внутренним шумами и диапазоном длин волн. Хотя существует много общего между опти ческими и СВЧ приемниками, например, использование квадратичного и гетеродниного детектирования, имеются также и значительные различия.
В СВЧ области чувствительность в большинстве случаев ограничивается тепловым шумом В оптической области во многих случаях над тепловым шумом доминируют квантовые или дискретные эффекты, которые приводят даже к отличив в статистических свойствах шума. Входные части оптических приемников можно строить двумя основными Фпособами: 1) с использованием некогерентного или прямого фотодетектнрования (детектирования огибающей), 2) с использованием когерентного (гетеродииного) детектирования или фотосмешения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
