Микроволновый модулятор оптического излучения

 

ii) 493749

Союз Советских

Социалистических

Республик (6)) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл. С 02f 1/16 (22) Заявлено 15.01.73 (21) 1871237/26-25

„с с присоединением заявки М

Государственный комитет

Совета министров СССР (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.75. юллетень Хо 44

Дата опубликования описания 14.06.76 (53) УДК 535.50(088.8) ro делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. A. Соломко, В. С. Сидоренко и Г. A. Мелков (71) Заявитель

Киевский ордена Ленина государственный университет им. T. Г. Шевченко (54) МИКРОВОЛНОВОЙ МОДУЛЯТОР ОПТИЧЕСКОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к миKpoBOJIHOBbliv модуляторам интенсивности светового потока, и может быть применено в системах оптической связи и в измерительной технике.

Известны модуляторы с бегущей волной

СВЧ, выполненные на основе волноводоз или двухпроводных (металлодиэлектричеоких) линий. Эффективность их работы максимальна при равенстве групповой скорости света в кристалле и фазовой скорости модулирующей волны (условие синхронизма) . С кристаллом большой длины полоса частот, в которой выполняется это условие, сравнительно невелика. Для увеличения диапазона рабочих частот модулятора может применяться механическая перестройка путем, например, перемещения боковой стенки волновода. Однако механической перестройке свойствены малая точность, большая инерционность и низкая надежность вследствие большого влияния в СВЧ-диапазоне качества трущихся контактов.

В предлагаемом модуляторе оптического излучения с электрооптическим кристаллом, с целью перестройки полосы рабочих частот, по всей длине внутренней полости модулятора параллельно кристаллу размещен по крайней мере один ферритовый элемент.

Этим обеспечивается: возможность перестройки частоты синхронизма в широком дианазоне модулирующих частот, высокая точность и надежность перестройки, возможность дистанционного управления, высокое быстродействие системы, определяемое, в принципе, 5 временем спин-решеточной релаксации, которое для ферритов имеет значение порядка

10 — в сек

На фиг. 1 и 2 показано поперечное сечени. модуляторов, выполненных на основе прямо1О угольного волновода и металлодиэлектрической линии.

В модуляторе размещены электрооптический кристалл 1, ферритовый тороид 2, управляющий проводник 3, согласующий диэлек15 трик 4.

Модуляторы работают следуюгцим образом.

Луч света, проходя через электрооптический кристалл, взаимодействует с модулирующей волной. При совпадении скорости света и фа20 зовой скорости модулирующего сигнала эффект взаимодействия (т. е. и глубина модуляции) максимален. С изменением рабочей частоты фазовая скорость модулирующей волны изменяется и вследствие рас"огласования ско25 ростей эффект взаимодействия падает. Изменение внешнего магнитного поля, создаваемого в результате пропускания тока по проводнику 3, приводит к изменению магнитной проницаемости феррита или, что все равно, к

30 изменению эффективного значения его ди493749

фΠ— 1 0

С„Сгг Сгз 0

0 Сгг Сзз Сг4

0 С С4г С

=О, где ра

C„= sin x,ð(c — Ь)

1 — маг для модулятора на фиг. 2

ф— 1

0 C„„

0 C„

0 0

C„0

Сгг С34

С„С4.

=О

Предмет изобретения с б б ° ° б

Ф м е,4 б,, с а б ° rv

° а

«с ° б

Ф б v ° м

Ь ° с б

° ° бс

v °

Ф е

В °

4 у ° % б б ° еб

° Ф

° °

Ю

° °

° °

4 с < ° б б г г °

ЦНИИПИ Заказ 1522/6 Изд. № 1030 Тираж 593 Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 электрической проницаемости таким образом, что синхронизм восстанавливается.

Размеры поперечного сечения рассчитывают из условий синхронизма на средней частоте. В результате расчетов получены диспер- 5 сионные уравнения для модулятора на фиг. 1 оза рЬ С х з1пх Ь С„вЂ”

1 —;.аг- 15

C„= созх, (с — b);

C„= )pa sin x> (с — b) — хф cos x4, (c — b);

C„=-. ) a cos хф (с — b) — хф si n хф (с — b);

С„= соз-,рЬ; С„= .рз1пх,рЬ; С„

С„= х, з1 и х, (c — b);

C„— sin хф (а — с); хд+ игр.а хф (1 — рга)

C„=- cos х, (с — b); C„= sin х„(с — Ь), C„= — cos x4 (a — с) — — sin хф (а — c), кф

40 ц a — недиагональная компонента тензора магнитной восприимчивости феррита; р — постоянная распространения системы; хо, хф, хир, хд — волновые числа для незаполненной области и заполненной ферритом, 45 кристаллом и диэлектриком соответственно.

Дисперсионные уравнения решают на ЭВМ.

Задавая параметры электрооптического кристалла и феррита, находят геометрические размеры модулятора, при которых выполняется синхронизм на заданной частоте. Далее, подставляя найденные размеры в дисперсионное уравнение, вычисляют зависимость фазовой скорости от частоты и намагниченности феррита, откуда определяют полосу перестройки по допустимому рассогласованию на краях.

При замене согласованных нагрузок на концах модулятора бегущей волны на металлические торцовые стенки образуется резонаторный модулятор с согласованными фазовыми скоростями. Напряженность электрического

1 поля в кристалле вырастает при этом в — Q

2 раз, что приводит к соответствующему снижению потребляемой мощности модулирующего сигнала. Изменяя фазовую скорость путем изменения намагниченности ферритового тороида, можно перестраивать резонансную частоту в пределах полосы синхронизма соответствующего модулятора бегущей волны.

Намагничивание ферритовых элементов может осуществляться не только с помощью внутреннего проводника, но и с помощью внешнего электромагнита. Система с внешним электромагнитом несколько проще в конструктивном выполнении, чем с внутренним управляющим проводником, однако имеет большую потребляемую мощность из-за значительных полей рассеяния, большие габариты, большую неоднородность магнитного поля по длине феррита.

Микроволновой модулятор оптического излучения с электрооптическим кристаллом, размещенным вдоль оси СВЧ-тракта, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности перестройки частоты, по всей длине модулятора размещен по крайней мере один ферритовый элемент.