2.1. Общие теоретические сведения

Под модуляцией понимается изменение по заданному закону характеристик лазерного излучения для получения инфомационного сигнала с определенной временной зависимостью. Модуляция осуществляется изменением показателя преломления оптической среды или добротности резонатора, расщеплением или сдвигом рабочих уровней энергии атомов, молекул и т.д. Изменение показателя преломления лежит в основе методов фазовой модуляции, которая в зависимости от схемы модулятора может быть преобразована в амплитудную, а также в модуляцию по поляризации и по частоте. Изменение показателя преломления возможно при воздействии на вещество электрического, магнитного полей (эффект Фарадея), температуры или механических напряжений. Метод изменения добротности резонатора основан на создании большой перенаселенности активных частиц на метастабильном уровне активного вещества перекрыванием излучения светозатвором. В основе методов модуляции, использующих принцип расщепления и сдвига рабочих уровней энергии атомов, молекул и кристаллов, лежат эффекты Зеемана и Штарка. Известно множество различных физических эффектов, которые можно применить для модуляции лазерного излучения. Тем не менее в настоящее время в модуляторах используют только три эффекта: линейный электрооптический, магнитооптический и эффект фотоупругости.

По месту расположения относительно резонатора модуляторы лазерного излучения (МЛИ) деляг на два класса: внерезонаторные (внешние) и внутрирезонаторные (внутренние). Внешние МЛИ модулируют уже сформированный лазерный луч, внутренние - изучение в процессе генерации. Применение внутренней модуляции дает возможность уменьшить мощность питания модулирующего элемента, но имеет свои недостатки, так как введение внутрь оптического резонатора каких-либо элементов обуславливает повышенные требования к их оптическим характеристикам.

Обычно выбор типа модуляции (амплитудная, фазовая, частотная или поляризационная) определяется видом передаваемой информации, глубиной модуляции, мощностью модулирующего сигнала, режимом работы лазера и т.д. Наибольшее распространение получили амплитудные МЛИ, что объясняется относительной простотой их конструкции. В зависимости от конкретных задач, решаемых устройствами, в которых используются МЛИ, к последним предъявляются требования широкополосности, экономичности потребляемой мощности, линейности модуляционной характеристики и большого динамического диапазона. Определим некоторые характеристики МЛИ.

Глубина модуляции, как правило, связана с амплитудным значением выходного сигнала:

(2.1.)

Спектр промодулированного оптического сигнала. Допустим, что оптический сигнал, несущий полезную информацию, является функцией времени (t), модулируется по закону периодической функции m(t), которая осуществляется одним из возможных физических явлений. Тогда уравнение сигнала на выходе модулятора, очевидно, имеет вид _M(t)= (t) m(t)

В настоящее время в практике приборостроения большое распространение получили модуляторы излучения, основанные на линейном электрооптическом эффекте. Эти модуляторы применяются в широком диапазоне частот (от звуковых до частот модуляции в десятки гигагерц).