Многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения

 

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к приборам управления лазерным излучением, и может быть использовано в коммерческих линиях связи, локационных системах и в метрологии в условиях больших допплеровских сдвигов частоты когерентного оптического излучения, а также в контрольно-измерительной аппаратуре в качестве имитаторов допплеровских сдвигов частоты. Целью изобретения является обеспечение однополосного сдвига частоты оптического излучения при сохранении широкополосности и высокой модуляционной эффективности Конструкция модулятора, выбор углов в модуляторе, взаимная ориентация наведенных управляющим электрическим полем оптических осей прямоугольных электрооптических (ЭО) ячеек 6 такова, что при подаче на ЭО ячейки двух гармонических управляющих сигналов одной частоты, сдвинутых по фазе на 90° друг относительно друга, на выходе модулятора осуществляется однополосный сдвиг частоты оптической несущей на величину частоты этих гармонических сигналов. При этом наклон ребра двугранного угла пентапризмы 5 и оптических осей сферических зеркал 4 к верхней грани основания 9 позволяет вводить (выводить) излучение в модулятор (из модулятора) параллельно верхней грани основания 9 сборного моноблока, что сохраняет широкополосность, высокую модуляционную эффективность, а также эксплуатационную надежность неюстируемой моноблочной конструкции 3 ил СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s G 02 F 1/03

ГОСУДАРСТВЕ 1-НЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3083074/25 (22) 06,02.84 (46) 30,04.91. Бюл, й. 16 (72) В.П,Ананьев, В.Ф.Григорьев, М,А.Зотова, В.И.Лауга и И.В,Николаев (53) 535.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 710366, кл. G 02 F 1/11, 1978, Авторское свидетельство СССР

М 200265, кл, G 02 F 1/03, 1983. (54) МНОГОПРОХОДНЫЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР КОГЕРЕНТНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к приборам управления лазерным излучением, и может быть использовано в коммерческих линиях связи, локационных системах и в метрологии в vcловиях больших допплеровских сдвигов частоты когерентного оптического излучения, а также в контрольно-измерительной аппаратуре в качестве имитаторов допплеровских сдвигов частоты. Целью изобретения является обеспечение однополосного сдви,,!Ж,, 1645930 А1 га частоты оптического излучения при сохранении широкополосности и высокой модуляционнойй эффективности, Конструкция модулятора, выбор углов в модуляторе, взаимная ориентация наведенных управляющим электрическим полем оптических осей прямоугольных электрооптических (ЭО) ячеек 6 такова, что при подаче на ЭО ячейки двух гармонических управляющих сигналов одной частоты, сдвинутых по фазе на 90 друг относительно друга, на выходе модулятора осуществляется однополосный сдвиг частоты оптической несущей на величину частоты этих гармонических сигналов. При этом наклон ребра двугранного угла пентапризмы 5 и оптических осей сферических зеркал 4 к верхней грани основания 9 позволяет вводить (выводить) излучение в модулятор(из модулятора) параллельно верхней грани основания 9 сборного моноблока, что сохраняет широкополосность, высокую моду ляционную эффективность, а также эксплуатационную надежность неюстируемой моноблочной конструкции. 3 ил.

1645930

8 =(1+(1) )Ð (1) Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к приборам управления лазерным излучением, и может быть использовано в комерческих линиях связи, локационных системах и в метрологии в условиях больших допплеровских сдвигов частоты когерентного оптического излучения, а также в контрольно-измерительной аппаратуре в качестве имитаторов допплеровских сдвигов частоты.

Целью изобретения является обеспечение однополосного сдвига частоты оптического излучения при сохранении широкополосности и высокой модуляционной эффективности.

Конструкция модулятора, выбор углов в модуляторе, взаимная ориентация наведенных управляющим электрическим полем оптических осей прямоугольных электрооптических (ЭО) ячеек таковы, что при подаче на ЭО ячейки двух гармонических управляющих сигналов одной частоты, сдвинутых по фазе на 90 относительно друг друга, на выходе модулятора осуществляется однополосный сдвиг частоты оптической несущей на величину частоты этих гармонических сигналов. При этом наклон ребра двугранного угла пентапризмы и оптических осей сферических зеркал к верхней грани основания позволяют вводить (выводить) излучение в модулятор(измодулятора) параллельно верхней грани основания сборного моноблока, что сохраняет широкополосность, высокую модуляционную эффективность, а также эксплуатационную надежность неюстируемой моноблочной конструкции.

На фиг. 1 изображен многопроходный модулятор, общий вид; на фиг. 2-то же, вид сверху; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2.

Модулятор выполнен в виде сборного моноблока, в состав которого входят входная и выходная линзы 1 (согласующая оптика) установленные на бипризме 2, пластины

3, на которых установлены сферические зеркала 4 (формирующая оптика), симметричная усеченная пентапризма 5, на двух гранях которой установлены прямоугольные ЭО ячейки 6 с зигзагообразными верхними микрополосковыми электродами 7 и сплошными нижними электродами 8 и основание 9, на котором установлены все перечисленные элементы сборного моноблока.

Оптические оси входной и выходной линз параллельны верхней грани основания

9. При этом оптическая ось центрального сферического зеркала 4 лежит в плоскости симметрии пентапризмы 5 и составляет с верхней гранью пентапризмы угол д, выбираемый из соотношения:

55 где N — число проходов излучения через каждую ЭО ячейку, P — угол наклона ребра двугранного угла пентапризмы к верхней грани основания (оси остальных сферических зеркал 4 параллельны этому ребру).

ЭО ячейки выполнены в виде прямоугольных пластин из ЭО материала, которые вместе с электродами 7 и 8 являются несимметричными микрополосковыми линиями с диэлектрическим заполнением, Радиусы кривизны линз 1 и сферических зеркал 4, расстояние между линзами 1, прямоугольными ЭО ячейками 6 и сферическими зеркалами 4 выбираются в соответствии с длиной волны оптического излучения, конфокальным параметром входного пучка и коэффициентами преломления используемых материалов.

Отношение — длины I прямоугольных

ЭО ячеек 6 к их толщине d, угол падения излучения на торец ЭО ячейки и число проходов N через каждую ЭО ячейку выбираются в соответствии с известными методами.

Угол падения а оптического излучения на торец прямоугольной ЭО ячейки выбирается при оптимизации эффективности модулятора и его рабочей полосы. Наибольшая эффективность модуляции достигается при малых углах падения, однако реализуемая величина угла падения ограничена снизу шириной верхнего электрода и необходимостью свести к минимуму неоднородность в микрополосковой линии при изменении направления распространения электромагнитной волны управляющего напряжения, Увеличение угла падения приводит к уменьшению модуляционной эффективности ва счет отклонения направления распространения оптического излучения от кристаллографических осей ЭО ячейки и появлению астигматизма оптических параметров модулируемого пучка. В связи с этим в предлагаемом устройстве величина угла падения а лежит в пределах от 3 до 10О, Такая величина угла падения определяет угол наклонов (P ) ребра двугранного угла, образованного верхними гранями пентапризмы, необходимый для ввода и вывода оптического излучения параллельно верхней грани основания: т9 j3 = щ и 8!п 22,5 (2) Таким образом, величина угла р лежит в пределах

1645930

1д у = Щ а сов 22,5 (4) 1 <Р < 4<> (3 каждом его проходе через ЭО ячейку.

) Синхронизм скоростей распространения угол у и ри вершине би призмы 2 излучения и модулирующих сигналов обестакже определяется выбранным углом па- печивает широкополосность модулЯции. дения а излучения

5 В результате ЭО взаимодействия в первой ЭО ячейке осуществляется двухполосная модуляция падающего оптического излучения и на выходе первой ЭО ячейки

Формулы (2) и (4) получены из условия спектР излучениЯ симметричен относительпараллельности плоскости падения иэлуче- 10 но несущей, т.е™ощности нижних и верхния верхней грани ЭО ячейки, что необ- них боковых полос Равны. УправлЯющее ходимо для реализации g кратного электрическое поле во втоРой ЭО ячейке прохождения излучения через каждую ЭО подавлЯет верхнюю (или нижнюю) боковую ячейку по непересекающимся траекториям. полосУ, пере ач ва оптическую мощность

Точность взаимного расположения элемен- 15 в нижнюю (верхнюю) боковую полосу. При тов моноблока обеспечивается допусками этом реализуется характерное для однопона изготовление отдельных элементов и лосныхЭОмодулЯторов превышение(на н технологией сборки их вмоноблок. Сбо ка сколько десЯтков децибелл) мощности моноблока модулятора осуществляется ме- пеРвой нижней (верхней) боковой составлятодами постановки на оптический контакт и 20 ющей спектра излучения над верхней (нижприклейки, ней). В зависимости от коммутации модулятор работает следующим обра УправлЯющих сигналов возможна однопоэом, лосная модуляция как с верхней, так и с

Циркулярно-поляризованное излучение, полученное, например, при помощи по 25 Таким обРазом, использование предлаляриэатораичетверть-волновойпластинки, гаемого устройства обеспечивает низкий фокусируется входной линзой 1 и вводится уровень управляющих напряжений, т.е. выв первую ЭО ячейку 6 под углом а к ее оси. сокую модуляционную эффективность, шиПройдя ЭО ячейку, излучение падает на пер- Рокополосность, вплоть Ro гигагерцевого вое (по ходу пучка излучения) сферическое 30 диа азо а, просто у и надежность монозеркало 4, нормаль к поверхности которого блочной неюстиРУемой констРУкции, а такв точке падения излучения лежит в плоско- же однополосный сдвиг частоты. При этом сти ЭО ячейки, что позволяет вторично вве- эффективность однополосного сдвига чассти излучение в ЭО ячейку под углом а . тоты высока. Как подмазали Расчеты, в случае

Выйдя из ЭО ячейки, иэл ение отражается 35 наиболее пеРспективного длЯ космической от второго сферического зеркала и вновь связи десятимикронного диапазона длин вводится в электрооптическую ячейку. Та- волн(излучение СΠ— лаэеРа)длЯ пеРекачки кимобразом,осуществляется многократное с помощью предлагаемого модулвтоРа 17 прохождение излучения через ЭО ячейку по оптической мощности из несУщей в пеРвУю непересекающимся траекториям, Совер 40 боковую необходима величина управляюшив д проходов через ЭО ячейку, излучение щего гармонического сигнала 10 — 20 В в падает на центральное сферическое зерка- зависимости от ЭО материала, в то вРемя ло 4 и, отразившись от него, вводится во как длЯ известных Решений этта вел""ина вторую ЭО ячейку. Траектория распростра- составляет 200 — 300 В. нсния излучения во второй ЭО ячейке сим- 45 ВысокаЯ эффективность пРедлагаемого метрична траектории распространения модУлЯтора обеспечивает воэможность его излучения в первой ЭО ячейке, использования с существующими ширикоНа входы микрополосковых линий каж- полосными источниками управляющих сигдой ЭО ячейки подаются гармонические управляющие сигналы одной частоты со 50 Целесообразно использовать предлагасдвигом фаз между ними gp Концы каж- емый модУлЯтоР в системах лазеРной дой микрополосковой линии соединяются космической связи при наличии больших с согласованной нагрузкой Благодаря допплер"ских сдвигов частоты оптического зигзагообразной конфигурации верхнего электрода 7 положению оптических осей сферических зеркал 4 в ЭО ячейках обеспечивается колл инеарное распространение электромагнитных волн управляющих сигМногопроходный электрооптический налов и волны модулирующего излучения на модУлЯтоР когеРентного злучениЯ, выпол1645930 усеченной пентапризмы угол Р, выбираемый иэ соотношения о (Р<40

Фиг. 2 A

Фиг,3

Составитель А. Шеломова

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïîæî

Редактор Е.Копча

Заказ 1349 Тираж 345 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ненный в виде сборного моноблока, включающего основание, прямоугольную электрооптическую ячейку с электродами, установленную на теплоотводящей вставке, согласующую оптику, оптические оси элементов которой параллельны верхней грани основания, и формирующую оптику, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения однополосного сдвига частоты оптического излучения при сохранении широкополосности и высокой модуляционной эффективности, в него введена вторая прямоугольная электрооптическая ячейка, идентичная первой, при этом теплоотводящая вставка выполнена в виде симметричной усеченной пентаприэмы, на две симметричные грани которой установлены прямоугольные электрооптические ячейки, оптические оси которых параллельны ребру двугранного угла, образованного этими симметричными гранями, причем линейный угол этого двугранного угла равен 135, а ребро составляет с противолежащей гранью симметричной при этом плоскость симметрии усеченной пентаприэмы проходит через ребро данного двугранного угла перпендикулярно противолежащей ему грани, параллельной верхней грани основания, а формирующая оптика выполнена в виде 2N — 1 сферических зеркал, оптическая ось одного иэ которых лежит в плоскости симметрии пентапризмы и составляет с верхней гранью

15 основания угол д, выбираемый иэ соотношения

20 где N — число проходов излучения через каждую электрооптическую ячейку, а оптические оси остальных сферических зеркал параллельны ребру двугранного угла.