Реализация симметричного УФДЛИ

Создание устройства, реализующего амплитудно-фазовый метод преобразования одночастотного когерентного излучения в симметричное двухчастотное, требует наличия амплитудного и фазового модуляторов. Для модуляции оптического излучения можно использовать многие физические эффекты. Наибольшее распространение в настоящее время получили электрооптические модуляторы, характеризующиеся малыми управляющими напряжениями, широким частотным диапазоном, возможностью получения глубины амплитудной модуляции близкой к 100%, простотой конструкции и небольшими габаритами [22, 51, 52, 53]. Основным элементом всех электрооптических модуляторов является фазовая ячейка, которая представляет собой электрооптический кристалл с напыленными электродами. В совокупности с радиотехническим устройством, создающим управляющее поле в электрооптической среде, фазовая ячейка выполняет как функции самостоятельного модулятора (фазового), так и функции составной части амплитудного модулятора, в который входят элементы, преобразующие фазовую модуляцию в амплитудную, – поляризатор и анализатор.

Ряд задач при контроле параметров ВОЛП требует проведения исследований на различных длинах волн лазерного излучения. Использование для этих целей известных УФДЛИ ограничено в силу того, что они не позволяют применять лазеры с различными l, поскольку содержат узкополосные четверть- или полуволновые трансформаторы поляризации.

Для снятия таких ограничений было разработано однокристальное устройство формирования симметричного двухчастотного излучения [54], структурная схема которого представлена на рис.7.11.

В данном устройстве используется кристалл ниобата лития, представляющего собой параллелепипед 3´3´40 мм³ с напыленными парами электродных пластин.

Рис.7.11. Структурная схема устройства формирования

двухчастотного симметричного излучения:

1 – одночастотное излучение, 2 – поляризатор, 3 – амплитудно-фазовый

электрооптический модулятор, 4 – анализатор, 5 – выходное двухчастотное излучение, 6 – источник постоянного смещения, 7 – генератор модулирующего напряжения, 8, 9 – развязывающие элементы

Так как при смене знака фазовой задержки происходит изменение направления вращения эллипса поляризации выходного излучения, то это позволило предположить, что изменение знака фазовой задержки при переходе управляющего напряжения через 0 эквивалентно скачкообразному изменению фазы излучения на p [49]. Таким образом, при работе АЭМ со скрещенными поляризаторами в «нулевой» точке реализуется амплитудно-фазовый метод преобразования одночастотного когерентного излучения в симметричное двухчастотное.

Отсутствие узкополосных оптических элементов позволяет стыковать устройство с любыми лазерами непрерывного действия, длина волны которых лежит в диапазоне l=0,4-4,5 мкм, определяемом окном прозрачности кристалла ниобата лития. При этом необходимо обеспечить следующие параметры излучения: максимальная модулируемая мощность – 5 мВт, диаметр пучка – 1,5 мм, расходимость – 15¢. В качестве поляризатора необходимо использовать широкополосный поляризатор, например, из пакета нитроцеллюлозных пленок с напыленным на них селеном или другим материалом [34].

Основные требования, предъявляемые к электрооптическим устройствам заключаются в возможности обеспечения низких потерь при интегрировании в структуру СРС, структурной универсальности с подводящими ВС, низких управляющих напряжений, широкополосности, температурной стабильности, технологической эффективности и низкой стоимости.

Несмотря на то, что в ряде экспериментов показаны более высокие значения постоянных для эффекта Поккельса, чем для эффекта Керра, как правило, требуемые для реализации линейного электрооптического эффекта управляющие напряжения в 2 – 3 раза выше. Поэтому, несмотря на то, что время электрооптического отклика ВС лежит в пикосекундном диапазоне, они редко применяются в качестве рабочих сред волоконных модуляторов, хотя их преимущества над используемыми анизотропным кристаллическими средами с точки зрения стоимости, технологичности, достижимым размерам, а также возможности формирования интегральных и волоконных структур (за счет возможностей эффективного применения ионообменно-диффузионных технологий) не вызывают сомнений.

Существенно, что применение оптико-волноводных интегральных структур позволяет получить необходимые напряженности управляющих электрических полей при значительно меньших, по сравнению с объемными устройствами, напряжениях, а увеличение длины таких структур позволит снизить напряженности электрических полей, необходимые для управления светом. Создание новых типов таких структур с высокими значениями постоянных электрооптического эффекта позволяют получить как резонансные, так и широкополосные модуляторы (до 200 ГГц) при малых управляющих напряжениях от 10–100 В.

Известно, что электрооптическую эффективность ВС можно повысить, если в результате управляемой кристаллизации добиться выделения кристаллической фазы в виде мелких кристаллов, отличающихся высокой электрооптической чувствительностью. При этом следует рассчитывать на то, что небольшая доля кристаллической фазы, диспергированная в матрице сердцевины ВС, приведет к повышению электрооптической чувствительности материала при сохранении свойств, присущих ВС, т. е. малых потерь на светорассеяние. Поэтому большие перспективы открывает создание ВС с кристаллизацией LiNbO₃.

Наконец, нельзя сбрасывать со счетов гибридные технологии, при которых объемный кристалл эффективно соединяется с подводящим и отводящим волокном. Как правило, в СРС в зоне активного воздействия внешних факторов находятся только измерительные преобразователи. Поэтому УФДЛИ построенные по гибридным технологиям, с обеспечением минимальных потерь, с точной юстировкой оптических осей, может обеспечить высокую стабильность параметров симметричного двухчастотного излучения.

ГЛАВА 8

ПРИЕМНИКИ РЕФЛЕКТОМЕТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Дата добавления: 2015-04-30