2.1.3. Электрооптический модулятор света на кристалле ниобата лития

Амплитудный электрооптический модулятор света состоит из фазовой ячейки, включающей в себя кристалл, помещенный в конденсатор либо в СВЧ-резонатор, поляризатор, анализатор и источник модулирующего напряжения. Фазовую ячейку располагают между поляризатором  (свет поступающий на вход модулятора, считается в общем случае не поляризованным) и анализатором A, как показано на рис. 2.2. В дальнейшем предполагается , что в модуляторе света используется ниобат лития, в котором свет распространяется в направлении оптической оси, совпадающей с осью Y, а электрическое поле приложено в направлении кристаллографической оси, совпадающей с осью Z. Если главная плоскость поляризатора составляет угол 45° с плоскостью XZ , то в кристалле распространяется две ортогонально поляризованные волны одинаковой интенсивности. Наличие фазовой задержки  между этими волнами на выходе из кристалла, определяемой выражением (2.22), приводит в общем случае к эллиптической поляризации света на выходе из кристалла (см.рис.2,1,в), и при изменении напряжения на кристалле осуществляется модуляция поляризации света. Причем изменяется лишь соотношение длин осей эллипса, описываемого световым вектором, без поворота этих осей.

Рис. 2.2

Пропустив модулированный таким образом свет через анализатор, получим амплитудно-модулированный свет. Если плоскости поляризации анализатора и поляризатора взаимно перпендикулярны, то интенсивность света на выходе модулятора

(2.23)

где I₀ - интенсивность света, прошедшего черев поляризатор.

На рис.2.3,а показана зависимость интенсивности света на выходе модулятора от напряжения, приложенного к кристаллу. Напряжение, соответствующее значению называется полуволновым:

(2.24)

Рис. 2.3

Эту величину часто используют для описания электрооптических свойств кристаллов: чем меньше , тем выше крутизна статистической модуляционной характеристики

электрооптического модулятора света (2.23). При изменении начального сдвига фаз, создаваемого, например, прикладываемым к кристаллу постоянным напряжением, кривая, изображенная на рис.2.3,а, смещается параллельно оси ординат. Это явление может быть использовано для выбора рабочей точки как на квадратичном участие (точка А или Б) статической модуляционной характеристики, так и на линейном (точка Б).

Если на кристалл подан переменный сигнал то разность фаз  изменяется во времени по закону , где и интенсивность света на выходе модулятора

(2.25)

где - функция Бесселя 1-го рода k-го порядка. При малых  модуляция синусоидальна с частотой 2 , причем глубина модуляции света равна 100%.

Графическое построение выходного сигнала с помощью статической модуляционной характеристики для рабочей точки A на квадратичном участке показано на рис. 2.3,а.

Если приложить к кристаллу постоянное смещение или пропустить свет через четвертьволновую пластинку, то работа на линейном участке статической модуляционной характеристики (точка B на рис. 2.3,а) будет соответствовать спектральному составу модулированного света

При малых  модуляция синусоидальна и глубина модуляции зависит от амплитуды переменного напряжения, прикладываемого к кристаллу (динамическая модуляционная характеристика):

Графическое построение выходного сигнала с помощью статической характеристики для случая выбора рабочей точки на линейном участке показано на рис. 2.3, б

Острые резонансы, возникающие на отдельных частотах, объясняются резонансом гармоник высшего порядка основного акустического резонанса. При направлении электрического поля вдоль оптической оси кристалла ниобата лития такой частотной зависимости не наблюдается.