Электрооптический модулятор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11 562 138 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Занвлено 28.01.76 (21) 2318655/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. 1(л. (т 02 Г 1/ОЗ

6 02 ГЗ/00

Гввударственный кавпет

Совета Мяияетрев СССР ве делам наоеретеянй и открытий

Cj 06 9/00 (5З) УДК 535.8 (088,8) (43) Опубликовано 25.1.2,77, Бюллетень %4"7

1 (4о) Дата опубликования описания 24.12.77

И. А. Рокос (72) Автор изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛ ЯТОР чей 11).

Изобретение относится к оптике, вычислительно-информационной и измерительной технике и предназначено для применения в ойтических корреляторах, в частности, для выделения полезного сигнала из спектра шумов, а также для реализации логических операций И, ИЛИ, НЕ и их комбинаций, для оптического гетеродинирования и для друт их схем,,требующих перемножения двух функций, представленных в виде электрических сигналов, Известно электрооптическое множител ное устройство, основанное на интерференции двух эллиптически поляризованных луПрименение интерферометра позволяет использовать устройство не только для целей перемножения двух электрических сит налов, но и в качестве измерительного прибора для измерения линейных или фазовых смешений, например в микрофазометрии, используя узкополосный усилитель, И то же время наличие светоделительного элемента вносит искажения в резулнгаты перемножения, так как светоделитель влияет на поляризацию интерферируюших лучей. Поэтому для получения чистого произведения электрических сигналов (без искажений) необходи5 мо„чтобы сквозь оба кристалла проходил один луч, Известен также фотоэлектрический поляриметр, содержащий источник света, оптически активный эпемент, четвертьвопновую фазовую пластинку, электрооптический кристалл, анализатор и фотоприемник, в котором осуществлено умножение поворота плоскости поляризации и фазового смешения, вызванных соответственно оптически активным вешеством и электрооптическим кристаллом

f2) .

Недостатком подобных схем является необходимость в большой мощности, управляющей поляризационным модулятором, что на несколько порядков ухудшает чувствительность по сравнению с указанным выше множительнь1м устройством, Прототипом предлагаемого изобретения является электрооптический модулятор с компенсированной естественной анизотро10

Разработка множительных устройств выэ- g вана потребностями вычислительной техники, прежде всего в связи с широким внедрением корреляционного анализа сит налов, обладающих некоторым распре деленим во времени или по пространству, Коррелядион- 2о ный анализ представляет интерес в двух различных прикладных областях; во-первых

Р как метод обработки информации, например, исследование авток оррепяции и озвопяет существенно увеличить отношение полезного 25 сигнала к случайному и, тем самым, увеличить чувствительность аппаратуры, во-вторых, как измерительный метод, например, исследование кросс-корреляции широко иснольэуется в гидродинамике при измерении N таких параметров, как расход, скорость и Toд

1Лелью изобретения является расшерение функциональных возможностей алектрооптического модулятора, а именно, модификация его для применения в корреляционном agaлизе и в других областях вычислительноинформационной и измерительной техники.

Верхний знак в матрице двуйреломляющего анализатора, в результирующем выражении для волновой функции и в выражении дпя фазы относится к лучу О; который паралпе 4О лен вектору P4+ i), нижний знак - к лучу О» который параллелен вектору(-jj.

Обыкновенный и необыкновенный лучи

Х и@ попадают на разные половинки дифференциального фотоприемника, фототок которого

45; равен где Q = чувствительность фотоприемника.

Возможность получения произведения двух функций может быть использована не только для корреляционного анализа, но и в микро фазометрии для узкополосного усиления слабых сигналов с целью выделения полезного сигнала из спектра шумов. В этом случае, если 8 U (4) где U (4) исследуемый сигнал, и б =Г pj s Q.t где Г = >

Ц -амплитуда модулирующего найряженйя, lJ -полуволновое напряжение, то фототок дифференциального фотоприемника

@ ;;авен пией, содержащий источник излучения, поляризатор, два электрооптических кристалла., оптические оси которых повернуты на 45 по отношению к оси поляризатора, анализатор и фотоприемник (3).

Компенсация, естественной анизотропии достигается благодаря тому, что срезы кристаллов перпендикулярны наведенным осям

f 1 и у соответственно, а их оси, вдоль которых приложено электрическое напряжение, взаимно перпендикулярны и повернуты о на угол 45 по отношению к осям поляризатора и анализатора.

Это достигается тем, что в предлагаемом электрооптическом модуляторе между кристаллами установлены три четвертьвол новые фазовые пластинки, причем оптические оси двух крайних фазовых пластинок параллельны онтическим осям кристаллов, а оптическая ось средней фазовой пластинки параллельна оси поляризатора. Анализатор модулятора выполнен в виде двоякопреломляюшей приз мы, а фотоприемник - в виде дифференциального фотоприемника, одна часть котоээго расположена на пути обыкновенного луча, выходящего из анализатора, а дру тая часть, - на пути необыкновенного луча, Совокупность указанных оптических элементов и выбранная ориентация их осей позволяют использовать электрооптический модулятор для получения произведения двух функций, представленных в виде электрических сит палов.

На фит . 1 изображен предлагаемый электрооптический модулятор, содержащий источник света 1, поляризатор 2, эпехтрооптические кристаллы 3 и 4, четвертьволновые фа=: эовые пластинки 5, 6, 7, анализатор 8 и дифференциальный фотоприемник 9, На фиг,2 приведены направления оптических осей Pf (" 1 где g -номер эпемента иа фиг. 1

Принцип работы предлагаемого модулято= ра состоит в следующем, Электрические сигналы Q (4) и U (4j вызывают на кристаллах 3 и 4 фазовые

2 смещения одной составляющей относительно другой 6 и ф, соответственно. Бсли волновая ункция луча после поляризатора

2 описывается вектором Джонса в виде

6 о= ° „ > где Л - амплитуда линейно поляризованного луча, то на выходе имеют место два линейно поляризованных луча О 1 и О; волновые функции которых имеют вид

@32"4 Ц 1 О "82 О4; 1 О, Ое 8 1.

) ВФнSg — бФи8 + Qi (g +Q ) В+соьв+сааб +coo(5 - б )

2 4 2

)(- фаза луча д

Х -фаза луча Си, 562138

v@1

7 Л И пп„пи

0НИИПИ Заказ 5018/29 Тираж 628 Подписное филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 -СА Е1 ЦЕ Jz, (Г,}ми((2к+ 4)5И .

Если фототок усиливается узкополосным усилителем, настроенным на некоторую гармонику, то выходной сигнал усилителя пропорционален измеряемой величине Е < (4)

: Множительное устройство может быть использовано также для оптического гетеродинирования. Если 8 =Г sitf 5Й

10 и 82 Г2ыиЯ у то

3 «2CA2 . Эд„, (Г,)ын((2к+))Я ))* хР з„,,(r,)ыФе Оа,Ц,.

Таким образом, интенсивность выходного сигнала оказывается промодулирована спектром разностных и суммарных частот. При Г иХ порядка t в спектре присутствуют раз- о ностные частоты высоких порядков типа ((2к+ 1}Я -(2 + ) ЯД

В импульсной и вычислительной технике предлагаемое устройство можно использовать для реализации логических операций

И, ИЛИ, HE и для их комбинаций.

Поскольку выходной сигнал может принимать значения;1, 0,-1, устройство можно использовать в системах автоматического ЗО регулирования в качестве трехпозиционного переключателя.

В случае, если кристаллы обладают естественной анизотропией в плоскости, перпендикулярной направлению луча, необходимо компенсировать анизотропию для каждого кристалла в отдельности способом описанным в прототипе.

Четвертьволновые фазовые пластинки 5 и 7 можно в случае необходимости исключить, заменить их действие постоянным напряжением, соэдаюшим разность фаэ В/Я.

Формула изобретения

1. Электрооптический модулятор, содержаший источник излучения, поляризатор, два электрооптических кристалла, оптические оси которых повернуты на 45 по отношению к оси поляризатора, анализатор, оптическая ось которого параллельна оси поляризатора и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью расширения его функцио1 нальных возможностей, между кристаллами установлены три чегвертьволновые фазовые пластинки, причем оптические оси двух крайних фазовых пластинок параллельны оптическим осям кристаллов, а оптическая ось средней фаэовой пластинки параллельна оси поляризатора.

2. Модулятор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что анализатор выполнен в виде двоякопреломляюшей призмы, а фотоприемник — в виде дифференциального фото- приемника, одна часть которого расположена на пути обыкновенного луча, выходяшего из анализатора, а другая часть — на пути необыкновенного луча.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 497942, кл. Q 02 Р 3/00, 1 974.

2, Борбат A. М, и др. Оптическйе измерения, Техника, Киев, 1967, с. 359.

3. Катыс Г. П, и др. Модуляция и m клонение оптического излучения М., Наука, 1967, с. 40.