![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Модуляция лазерного луча
При создании лазерных систем связи возникает проблема модуляции лазерного луча. Принцип действия часто используемых на практике модуляторов лазерного излучения основан на магнитооптическом эффекте Фарадея (поворот плоскости поляризации световой волны) или электрооптических эффектах Керра или Поккельса (двойное лучепреломление). Эффект Фарадея (1846 г.). При распространении линейно поляризованного света с длиной волны
где На рис.4 показана схема модулятора лазерного излучения, основанного на эффекте Фарадея. Поляризаторы 1 и 2 ориентированы под углом 45о (
где
и, следовательно, выходящий луч света из модулятора будет модулирован по интенсивности с частотой переменного тока, подводимого к показанной на рис.4 обмотке соленоида. В качестве среды, в которой распространяется свет, в ячейке Фарадея используется сероуглерод, бензол или вода.
Рис.4. Модулятор на основе эффекта Фарадея 1, 2 - поляризаторы, 3 – ячейка Фарадея
Эффект Керра (1875 г.). На рис.5 изображена схема модулятора лазерного излучения, использующего эффект Керра (см. § 90 в [2]). Между скрещенными поляризаторами 1 и 2, оси которых (на рис.5 показаны стрелками) направлены под углом 450 к вертикальной оси, помещена ячейка Керра, представляющая собой кювету с жидкостью, например, с сероуглеродом. С помощью электродов (пластин плоского конденсатора) создается электрическое поле с напряженностью
где Рис.5. Модулятор на основе эффекта Керра 1, 2 – поляризаторы, 3 – ячейка Керра
После прохождения ячейки Керра первоначально линейно поляризованный свет распространяется в виде эллиптически поляризованного, представляющего собой суперпозицию двух ортогонально поляризованных волн с разностью фаз 2
где Очевидно, что модуляцию лазерного излучения в этом случае можно осуществлять, подавая переменный электрический сигнал на пластины конденсатора (электроды) ячейки Керра. Эффект Поккельса (1894 г.). Модулятор на основе электрооптического эффекта Поккельса по устройству и принципу действия похож на модулятор на основе эффекта Керра. Эффект Поккельса является линейным электрооптическим эффектом в отличие от квадратичного электрооптического эффекта Керра. Эффект Поккельса заключается в пропорциональном напряженности электрического поля изменении показателя преломления среды при воздействии на нее электрическим полем (см. § 91 в [2]). Таким свойством из кристаллов обладают только сегнетоэлектрики. Как следствие этого эффекта в кристалле появляется двойное лучепреломление или меняется его величина. Эффект Поккельса проявляется в прозрачных кристаллах, не имеющих центра симметрии. Наиболее широкое применение в модуляторах на основе эффекта Поккельса получили одноосные анизотропные кристаллы дигидрофосфат калия КН2РО4 (краткое обозначение KDP), дигидрофосфат аммония NН4Н2РО4 (краткое обозначение АDP), ниобат лития LiNbO3 и другие сегнетоэлектрики, обладающие большой квадратичной нелинейностью по отношению к напряженности внешнего электрического поля и поэтому широко используемые в нелинейной оптике. Схему модулятора на основе эффекта Поккельса можно представить, заменив на рис.5 ячейку Керра на ячейку Поккельса. Ячейка Поккельса содержит также два электрода, между которыми создается электрическое поле. В ячейке Поккельса между электродами вместо жидкости помещается определенным образом ориентированный анизотропный кристалл. В зависимости от расположения электродов и ориентировки кристалла по отношению к электродам и по отношению к направлению распространения света говорят о поперечном или о продольном эффекте Поккельса. В одном из наиболее простых и часто используемом на практике вариантов модулятора на основе эффекта Поккельса электроды представляют собой пластины плоского конденсатора, ориентированные так, как показано на рис.5. Анизотропный одноосный кристалл ориентируется так, чтобы его оптическая ось была направлена перпендикулярно пластинам конденсатора, т.е. вдоль линии направления напряженности В модуляторе на основе поперечного эффекта Поккельса линейно поляризованный свет от лазера после прохождения поляризатора 1 проходит далее через анизотропный кристалл в ячейке Поккельса и испытывает там при отсутствии внешнего электрического поля ( При наложении электрического поля на кристалл (
где Схему модулятора на основе продольного эффекта Поккельса можно представить, повернув ячейку Поккельса в модуляторе на основе поперечного эффекта Поккельса на 90о. Луч света становится перпендикулярным к поверхности пластин конденсатора, в которых должны быть окна для пропускания света. Свет при этом проходит вдоль оптической оси анизотропного кристалла и поэтому не испытывает естественного двойного лучепреломления при Важным свойством модуляторов на основе эффекта Поккельса является их малая инерционность, позволяющая осуществлять модуляцию лазерного излучения до частот порядка 1013 Гц. Кроме того, из-за линейной зависимости оптической разности хода
|