Оптические системы передачи

Воздействие внешнего электрического поля Евн изменяет направление оптической оси. Возникает двойное лучепреломление. Показатели преломления кристалла для лучей Ez и Ey становятся различными, изменяясь в различных направлениях на величину, пропорциональную Евн:

nz= n0 + kEвн , ny = n0 - kEвн (1)

Здесь n0 - показатель преломления в отсутствие внешнего поля, k - электрооптический коэффициент, зависящий от природы кристалла. При смене полярности прикладываемого напряжения направления изменений nz и ny становятся противоположными.

Лучи распространяются с разными скоростями vz = c/ nz и vy = c/ ny и, поскольку частота колебаний ν у них одинакова, имеют различные длины волн: λz= vz/ν = λ/ nz и λy= vy /ν = λ/ ny.

Между колебаниями, как это поясняется на рис.4, появляется фазовый сдвиг

Δφx= 2πx/λz - 2πx/λy = 2πx(nz -ny )/λ (2)

нарастающий по мере продвижения волны.

На выходе из кристалла

Δφ= 4πkEвн /λ = 4πkU/λ. (3)

Выходящий из кристалла свет приобретает эллиптическую поляризацию, появляется составляющая электромагнитной волны, пропускаемая выходным поляризатором.

По мере увеличения напряжения и соответственно сдвига фаз величина этой составляющей растет, интенсивность света на выходе модулятора увеличивается. При величине фазового сдвига Δφ= π выходящий из кристалла свет снова становится плоско поляризованным с плоскостью поляризации, повернутой на 90 градусов относительно положения на входе в кристалл. Интенсивность света достигает максимального значения.

Напряжение, обеспечивающее этот фазовый сдвиг, называется полуволновым. Его величина

Uπ = λ / 4k. (4)

Следует подчеркнуть, что полуволновое напряжение не зависит от длины электрооптического элемента и может рассматриваться как параметр вещества. При длине волны 0,6 мкм оно составляет, например, 7,5 кВ для КDP и 8,5 кВ для АDP.

Необходимость использования столь высоких управляющих напряжений является серьезным недостатком рассматриваемого модулятора, использующего продольный эффект Поккельса.

Существенное снижение управляющего напряжения может быть получено, если в качестве электрооптического элемента использовать стопу из N пластин, подключенных параллельно к источнику напряжения. В этом случае фазовые сдвиги пластин суммируются и полуволновое напряжение стопы оказывается в N раз меньше, чем для одной пластины. Такой прием, однако, не получил широкого применения по причине более сложной технологии изготовления электрооптического элемента и существенного увеличения потерь интенсивности светового потока при его прохождении через множество электродов.

Более широкое применение в связи с этим получил модулятор с поперечным эффектом Поккельса (рис.5). Необходимость использования в этом случае двух элементов поясняется ниже. Оптическая ось кристалла здесь ориентирована вдоль оси z перпендикулярно к направлению света, поэтому в отличие от продольного эффекта уже в отсутствие электрического поля имеет место двойное лучепреломление. Показатель преломления nz для луча, поляризованного в направлении оптической оси, является главным показателем преломления для необыкновенного луча ne и при изменении электрического поля (поскольку оно параллельно оптической оси) в отличие от nx, остается постоянным.

оптический модуль волоконный фотодетектор

Разность фаз между компонентами Еz и Ey на выходе элемента

Δφ= 2π[ne - (n0 - kEвн)] /λ = 2π(ne -n0 ) /λ + 2πkEвн/λ. (5)

Первое слагаемое отражает сдвиг фаз, обусловленный естественной анизотропией кристалла, второе - воздействие приложенного поперечного электрического поля. Напряжение прикладывается к электродам, нанесенным на боковые грани элемента, поэтому напряженность электрического поля Eвн=U/d определяется размером кристалла в направлении поля d и от длины не зависит. На величину π фазовый сдвиг изменяется при полуволновом напряжении

Статья в тему

Система автоматического регулирования захватом руки робота манипулятора
Робот - это универсальный автомат, позволяющий выполнять механические действия. Его принципиальной особенностью является быстрая оперативная перестройка с одной выполняемой операции на другую. Существует несколько разновидностей роботов и для каждого из них имеется своё определение. ...