Модулятори оптичних сигналів
Модулятори оптичних сигналівВступОднією з найважливіших задач волоконної оптики в зв'язку є модулювання оптичних сигналів, яка потребує використання різніх фізичніх ефектів.Нижче будуть розглянуто використання акустооптичних і електрооптичних ефектів.1. Акустооптичнi модуляториАкустооптичнi модулятори широко використовуються у волоконній оптиці завдяки трьом основним властивостям: можливості переключення луча по двох напрямках; модуляції інтенсивності оптичного променя; можливості зсуву оптичної частоти.Принцип дії акустооптичного модулятора заснований на залежності показника заломлення ряду оптично прозорих матеріалів від зовнішнього тиску.Такими матеріалами є (диоксид телуру), (ниобат літію) і (молибдат свинцю). У модуляторах тиск створюється акустичними хвилями (рис. 1), якi генеруються п'єзоелектричним перетворювачем і утворюючими ряд горизонтально орієнтованих ліній з однаковим показником заломлення, так звана дифракційна решітка Брегга.Рисунок 1 – Дифракційна решітка БреггаДана решітка забезпечує часткове відбиття вхідного променя і переміщається з акустичною швидкістю .При цьому вхідний і вихідний промені мають той самий кут нахилу до поверхні, однак новий напрямок луча має місце тільки при визначених кутах (кутах Брегга). Коли крок решітки дорівнює оптичній довжині хвилі в матеріалі, досягається інтерференція всіх часткових хвиль, у цьому випадку,(1)де і – швидкість поширення і довжина акустичної хвилі; – частота генератора акустичної хвилі; – кут Брегга в кристалі;т – порядок переломленого променя; – довжина оптичної хвилі в повітрі; n – показник заломлення кристала, рівний 5.18 для і 5.26 для . Швидкість поширення хвилі для даних кристалів, відповідно, дорівнює 3630 м/с і 4260 м/с.За межами кристалу найбільший інтерес представляє кут Брегга першого порядку, що може бути обчислений з вищенаведених рівнянь за допомогою закону Снеллiуса, застосованого до межи між кристалом і повітрям(2)Звідси видно, що в даному виразу вiдсутнiй показник заломлення, тому при фіксованій швидкості акустичної хвилі кут Брегга виявляється залежним тільки від частоти генератора акустичної хвилі й оптичної довжини хвилі. Типові кути Брегга становлять значення близько 1°, тому для поділу променів необхідно використовувати горизонтальну структуру модулятора.Для модуляції інтенсивності відхиленого оптичного променя потужність генератора акустичних коливань повинна модулюватися по амплітуді, а переключення досягається шляхом вмикання і вимикання сигналу генератора.При цьому інтенсивність дифрагованого луча пропорційна акустичної потужності, показнику якості матеріалу (М2), геометричним розмірам (L/Н), і обернено пропорційна квадрату довжини хвилі, тобто(3)З останнього виразу видно, що акустооптичний модулятор має нелінійну функцію перетворення (рис. 2), яка представляється зазвичай у вигляді,(4)де – частота модуляції, – тривалість фронту наростання акустичної хвилі.Рисунок 2 – Нелінійна функція перетворення акустооптичного модулятораЯк видно з даної залежності, для здійснення аналогової модуляції потрібен зсув робочої точки в лінійну область, забезпечуючи тим самим необхідне значення контрастності і глибини модуляції лазерного випромінювання, що визначаються відомими виразу,(5)
