4.2. Электрооптические модуляторы света

При продольном линейном эффекте Поккельса используется кристалл типа XH₂PO₄ , а также кубические кристаллы упомянутые в разделе 4.1. Структура электрооптического модулятора представлена на рис. 4.1. Там же описана его работа.

При скрещенных поляризаторах на входе и выходе модулятора, сигнал на выходе фотоприемника изменяется по закону:

(4.22)

где , - разность фаз φ_x и φ_y поляризационных компонент по x и y.

В этом случае модулятор работает на нелинейном участке преобразования света, т.е. интенсивность на выходе фотоприемника увеличивается при увеличении положительного напряжения и при увеличении отрицательного напряжения.

При параллельных поляризационных осях поляризатора и анализатора сигнал на выходе фотоприемника изменяется по закону:

(4.23)

В этом случае модулятор работает также на нелинейном участке преобразования света, т.е. интенсивность на выходе фотоприемника увеличивается как при увеличении положительного напряжения, так и при увеличении отрицательного напряжения.

Для работы на линейном участке оси поляризаторов должны быть направлены под углом 45º. В этом случае интенсивность на выходе фотоприемника увеличивается при увеличении положительного напряжения, и уменьшается при увеличении отрицательного напряжения.

Увеличение толщины электрооптического кристалла не приводит к увеличению эффективности модуляции, так как L=d и при этом уменьшается напряженность электрического поля в кристалле. Для увеличения глубины модуляции при равных напряжениях делают наборный модулятор с разворотом фаз на 90°, рис. 4.3 . При этом набег разности фаз увеличивается пропорционально числу пластин: Δφ_n= n∙Δφ₁ . Недостатком такого увеличения эффекта модуляции является одновременное увеличение ёмкости модулятора, что ведет к снижению предельной частоты модуляции.

Устройство модулятора с использованием поперечного линейного электрооптического эффекта показано на рис.4.2.

Используют, как правило, кристаллы КДП (KH₂PO₄ - фосфид калия) и ДКДП (KDHPO₄ – дейтерированный фосфид калия), а также BSO (Bi₁₂SiO₂₀ – селенид висмута) и BGO (Bi₁₂GeO₂₀ – германат висмута), BSO (Bi₁₂SiO₂₀). Естественное ДЛП у КДП и ДКДП очень большое. Для кристалла L = 1 см: .

Рис. 4.2. Соединение пластин для увеличения глубины модуляции

Для компенсации температурной нестабильности ДЛП применяют последовательном соединении кристаллов с разной направленностью естественного ДЛП.

Поперечный ОЭ эффект применяют в модуляторах на кубических кристаллах BGO, BSO.

Поперечный ОЭ эффект используется и в интегрально-оптических модуляторах, где ширина волновода 5…10 мкм, что увеличивает напряженность электрического поля и приводит к высокой глубине модуляции даже при малых напряжениях (5..10 В) .

Электрооптические модуляторы ВЧ и СВЧ. В электрооптических модуляторах высоких частот (ВЧ - модуляторах) кристалл с поляризаторами вводят в LC-контур как элемент емкости. Такой контур может находиться в ВЧ-генераторе или в резонансном усилителе.

Модулирующие мощности для продольного и поперечного ЭО эффектов одинаковые. При поперечном ЭО эффекте выигрыш в L/2d раз по сравнению с продольным приводит к увеличению емкости в (L/2d)² раз.

Поперечный ЭО эффект предпочтительнее в области ВЧ до 100 Мгц. Продольный ЭО эффект выгоднее на СВЧ до 200 МГц и там, где легче создать высокое напряжение.

В электрооптических модуляторах на сверхвысоких частотах (СВЧ) кристалл вводят непосредственно в волновод и туда же направляют луч света через кварцевые окна малого размер. В этом случае необходимо принять меры по предотвращению вытекания энергии из волновода и учитывать влияние емкости и индуктивности кристалла.