Электрооптический элемент модулятора одной боковой полосы

 

Изобретение может быть использовано для когерентной оптической связи, а также в спектроскопии высокого разрешения, относится к электрооптическому элементу модулятора с одной боковой полосой. Целью изобретения является снижение управляющей мощности. Цель достигается за счет использования оптически изотропного электрооптического кристалла и специальной его ориентации, при которой могут быть использованы неосевые электрооптические коэффициенты.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,.SUì 4 5738 (51)4 С 02 F 1 03

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 вано для когерентной оптической связи, а также в спектроскопии высокого разрешения, относится к электрооптическому элементу модулятора с одной боковой полосой. Целью изобре тения является снижение управляющей мощности. Цель достигается за счет использования оптически изотропного кристалла и специальной его ориентации, при которой могут быть использованы неосевые электрооптические коэффициенты. 2 ил. динат;

8 — угол между осями Z u Z ; — угол между плоскостями

ZZ иZX. устройство состоит из электрооптического кристалла в виде призмы, ось . 1;Д) которой ориентирована по отношению Щ к кристаллофизическим осям Х, Y, Z Д под углами 8 и р. На каждув из боковых граней призмы нанесены электроды. у)

Число боковых граней может быть произвольным. Призма выполнена из элект-, рооптического кристалла, в котором с помощью введения добавок при росте кристалла (или с помощьв воздействия температуры; давления или других физических факторов) обеспечено равен- . Зв ство обыкновенного и необыкновенного показателей преломления. Например, кристалл LiNb1 Та, О для КОтОрОГО равенство n = и осуществляется при, ), 95 Ó < О, 96.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4292757/24-25 (22) 03.08.87 (46) 23. 07. 89. Бвл. И 27 (72) Б. В. Гисин

{53) 535.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1435010, кл. G 02 Г 1/03, 17.02.87.

Патент СНА У 3204104, кл. Н 04 В 9/00, 1968.

{54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ МОДУЛЯТОРА ОДНОЙ БОКОВОЙ ПОЛОСЫ (57) Изобретение может быть использоИзобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах когерентной оптической связи, а также в спектроскопии высо. кого разрешения.

Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности.

На фиг. 1 изображен элемент модулятора для случая 4 электродов (N=4) на фиг. 2 — ориентация электрооптического элемента.

На фиг. 1 обозначены электрооптический кристалл 1, генератор 2, устройство 3 задержки фазы.

Прямыми стрелками обозначено направление распространения оптического излучения, круговыми — направление вращения поляризации.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

Х, У, Š— кристаллофиэическая система координат;

Е - направление оси электрооптического элемента отС3 носительно кристаллофизическои системы коорХ.// Уи — +—

П, П2 где n — показатель преломления;

r — элек трооптические коэффи10

Qt99 циенты;

Š— компоненты напряженности электрического поля, приложенного Ic кристаллу;

Х„, Х, Х вЂ” соответствуит осям Х, У, 5

Z на фиг. 2;

k, 1, m- индексы суммирования, принимающие значение от 1 до 3. 20

1 где п, 1 — + R cos /1/ +

1 п2

+ R2 sin y+ R sin 2у;

1 — + R з1п2q + п

+ Е2соз (1/ R 12 sin 2 11/9 и 2

1 1 а разность д == — с помощью п2 п2

1 2 которой определя ется полув олново е напряжение, равна с учетом (3) В новой системе координат X1„в которой ось Х совпадает с направле1

3 кием распространения света, 25

", С1„Х,;

Я= (R -R ) cos 2 //—

- 2 R;.1п 2 V — (Е „= .Е С Е, Р (4) 30

Пусть электрическое псле вращается вокруг оси Х/ с частотой где С, k, 1 — коэффициенты орто гонального преобразования; р, g, и - индексы суммирования.

Е = Е sinы/

E 2 = Е соз (л/ °

Оптическая индикатрисса в новой системе координат имеет вид (1), где

HMecTo .(. г Е по pcTGBJIBHbI Х г 9 Е, 40

Ориентация кристалла относительно кристаллографических осей (2 угла) определяется с помощью двух условий

Сечение оптической индикатриссы плоскость1о Х = О определяется следувщим образом

/ / г 19 г 29 2 гД2/

/2

+ В.„Х„+ R2Õ2 +

+ 2 Б.12Х 1Х = 1, (2) 7. /

12 22 9 19

Благодаря этим условиям обеспечи50 вается равномерное вместе с полем вращение оптической индикатриссы вокруг оси Х„

= re1E, + г 2Е2 (r

Г221, = Г2, Г 21, = ГЬ(<9 Г 1З1 Г З11

Г 2З1< Г 32 1с r

Х cosy — у / sing; где R1

"12

1с Г 11 9

Г29k

55 2 К/2

tg 211/ = — =+

Г51 9

Х =

Х sin 91/+ у" cos y

/ х

= гВ (<г + d ), 3 1495738

Оптическая индикатрисса в соответ- где угол g определяется пз условия ствии с условием и/, = п119 представляет со6аА сферу в отсутствие поля -(R R ) sin 2 1/+ 2 R,„cos ? у = О (3)

2 1 5

Х„+ Х2+ Х> и 1 При этом (2) имеет вид

+ ..„г ХХЕ. 1

1495738

r: 12 яiпО r 41/,, = F.-r, r (6) r -r =+2r (f

11 21 - 62>

f I г 2 — г22 =+2 r«

C 1„C 1 е С 1 пг с рв « где r

1,e, .С.

1,Е, = Х.

1,,Е,"

С 21,С2рС 1,1„г 3

2h

С1 С2р С д 1 1,2м

С1е=

cos 3 ч1 = О.

1 где

Г62

r61

Таким образом, оптическая индикатрисса вращается с частотой, равной половине частоты генератора.

Кроме того, из (4) следует, что т,е. разность показателей преломления пропорциональна амплитуде напряженности электрического поля и не зависит от времени.

В качестве примера рассмотрим ориентации кристаллов наиболее употребительных классов Çm и 42m. (Пусть 8- угол между осями Х и з

Хд, а, q- угол между плоскостями Х,Х

f и ХзХ ъ

Тогда

-cos 8 cosy — cosy sing sin

Ckl = sin q — cos g О яiп 8 соз1р sing sing cos8

Класс 3m.

Отличные от нуля электрооптичесКИЕ КОЭ @ИЦИЕНTM r 1з Г 2з Гэз г 42= r S1

Используя матрицу (6), находим из условий (5) два уравнения для углов

8 и Ч1 г созд (1+ cos 8 + 2) sin 3ср+ + (Г 42 2 (со$0 +1) + (Гзз — Г„) sin 83 sin 8 = О; г (1 + cos 8 + 2 cos28) соз Зч1=0 (7) В невырожденном случае (если г ФО) Класс 42m.

Отличные от нуля коэАЬициенты

1 Г52 Г63 ° Из условий (5) следует, что возможна неосевая ориентация

cos 21р = О; sin20

2 r6

2 Г41+Гбз

Таким образом, с помощью неосевых ориентаций, определяемых условиями (5), при п = ne можно получить выигрыш по управляющей мощности и, кроме того. можно использовать электрооптические кристаллы, для которых при осевых ориентациях э@4ект вообще отсутствует. l5

Формула изобретения

Электрооптический элемент модулятора одной боковой полосы, содержа. щий электрооптический кристалл, вы2О. пол11енный в виде призмы, каждая из боковых граней которой снабжена электродами, о тличаищийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, призма выполнена as

25 оптически изотропного кристалла, а . ориентация оптической оси призмы по отношению к осям кристалла Х, У, Е определяется математически выражением

-cos 9 cos щ — cos g sin q, sine

sin p cos 4

sin8 cos q sin 6 sin 1р cos 8

r e — электрооптические коэффициенты;

8 — угол между осьи Z кристалла и осьи призмы; (P — угол между плоскостьи XZ и плоскостьи, образованной осью 2 и осью призмы.

1495738

Составитель Л. Архонтов

Р

Редактор В. Данко . Техред A,Êðàâ÷óê Корректор Т. Малец . ю М

Заказ 42б2/44 Тираж 513 Подписное

ВНИИПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101