Электрооптический свч-модулятор света

 

О П И С А Н И Е (»>696842

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.01.78 (21) 2574941/18-25 (51) М.Кл. G 02 F 1 03 с присоединением заявки—

Государственный комитет

СССР по делам изобретениЯ и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.01.82. Бюллетень №2 (53) УДК 535.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания 15.01.82 (72) Авторы изобретения

Б. В. Волконский, А. А. Головков, Д. А.,Калиникос, И. Ю. Пивоваров, Ю. В. Попов, Л. Н. Швецов и В. В. Я ковлев (71) Заявитель

С В Ч-МОДУЛЯ ТО Р С В ETA .

1 (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ

Изобретение относится к технике управления оптическим излучением и предназначено для использования B различных устройствах оптической передачи и обработки информации, например, в линиях связи, светодальномерах и т. д.

Известны электр ооптические СВЧ-модуляторы света, применяемые в устройствах передачи информации по лазерному лучу (11. В этих модуляторах используется 10 линейный электрооптический эффект. Для получения СВЧ-модуляции электрооптический кристалл помещают в резонатор или волновод. При этом в первом случае снижение мощности модулирующего СВЧ-сигнала достигается за счет сужения рабочего диапазона частот модулятора, а во втором — за счет увеличения габаритов модулятора и оптических потерь в нем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является электрооптический

СВЧ-модулятор света (2), содержащий два короткозамкнутых у одного конца четвертьволновых СВЧ-резонатора, нагрузку, 25 поляризатор, анализатор и электрооптический кристалл с нанесенными на его противоположные боковые грани двумя электродами, один из которых соединен с центральным проводником первого из СВЧ-резонаторов, а другой — с центральным проводником второго резонатора и с нагрузкой.

К недостаткам модулятора относится его малая эффективность, т. е. относительно небольшая глубина амплитудной модуляции света, приходящаяоя на единицу мощности модулирующего СВЧ-сигнала.

Действительно, глубина амплитудной модуляции света определяется произведением средней величины модулирующего напряжения на кристалле íà его геометрическую длину. Так как кристалл с электродами на противоположных гранях представляет собой разомкнутый отрезок четвертьволновой длины, распределение модулирующвго напряжения составляет четверть периода синусоиды. Поэтому произведение среднего напряжения на кристалле на его теометрическую длину будет в известном модуляторе сравнительно невелико.

Цель изобретения — увеличение эффективности и глубины амплитудной модуляции светового излучения сигналами СВЧ в широком диапазоне частот.

Цель достигается тем, что в предлагаемом СВЧ-модуляторе противоположные концы электродов короткозамкнуты по торцу электрооптического кристалла, электрическая длина которого равна половине дли696842

5 0

65 ны волны, соответствующей центральной частоте рабочего диапазона модулятора.

С целью уменьшения потерь светового излучения короткое замыкание электродов может быть выполнено по боковым граням кристалла.

На чертеже показана оптическая схема

СВЧ-модулятора света.

СВЧ-модулятор содержит электрооптический кристалл 1 с нанесенными на две противоположные грани электродами 2, поляризатор 3, анализатор 4, два короткозамкнутых у одного конца коаксиальных

СВЧ-резонатора 5 и 6, нагрузку 7, проводник 8, короткозамыкающий концы электродов 2.

Электрические длины резонаторов 5 и

6 равны четверти длины волны, а электрооптического кристалла 1 — половине длины волны, соответствующей центральной частоте рабочего диапазона модулятора.

Электрооптический кристалл 1 с нанесенными на противоположные грани и короткозамкнутыми у одното из торцов электродами 2 для сопряжения с частотами модуляции представляет собой отрезок короткозамкнутой линии. При электрической длине, равно половине длины волны, отрезок короткозамкнутой линии эквивалентен последовательному колебательному контуру. Короткозамкнутые четвертьволновые коаксиальные резонаторы 5 и 6 при этом эквивалентны параллельным колебательным контурам. Поэтому эквивалентная электрическая схема модулятора соответствует схеме трехэлементного полосового фильтра, в котором роль последовательного контура в продольной ветви фильтра играет электрооптический кристалл 1 с короткозамкнутыми у одного из торцов электродами 2.

Подобный полосовой фильтр может быть согласован с генератором модулирующего

СВЧ-сигнала в широкой полосе частот, обеспечивая при этом в полосе частот постоянную амплитуду тока через последовательный колебательный контур, т. е. постоянную амплитуду электрической составляющей электромагнитного поля и кристалла, и как следствие, постоянный коэффициент амплитудной модуляции света во всей рабочей полосе частот модулятора при постоянной мощности генератора модулирующего сигнала.

Распределение модулирующего СВЧнапряжения по длине электрооптического кристалла 1 подчиняется синусоидальному закону (оно составляет половину периода синусоиды). Модулирующее напряжение будет равно нулю у торцов кристалла и максимально в центре.

Короткое замыкание электродов 2 у торца электрооптического кристалла 1 мо<ет быть выполнено отдельным проводником. Однако при этом заметная часть электромагнитного поля рассеивается во внешнюю среду, что, в конечном счете, уменьшает глубину модуляции света.

Более рациональным представляется выполнение короткозамыкающей перемычки металлизацией торца кристалла (например, вакуумным напылением). При этом в металлизации должно быть отверстие для прохождения светового луча. Подобная короткозамыкающая перемычка также имеет недостатки: при больших размерах отверстия в перемычке будут велики диссипативные потери для модулирующего СВЧ-сигнала в электродах и перемычке, а при малых размерах отверстия потребуется сильная фокусировка светового луча, что приведет к добавочным оптическим потерям.

От указанных недостатков свободен электрооптический модулятор, в котором короткое замыкание электродов, нанесенных на противоположные грани кристалла, осуществляется металлизацией боковых граней у торца кристалла.

Конструктивное и технологическое выполнение модулятора можно упростить, заменив коаксиальные резонаторы микрополосковыми, центральные ленточные проводники которых обеспечивают надежное, постоянное соединение с электродами, нанесенными на кристалл.

Предложенный модулятор имеет в два раза больший коэффициент амплитудной модуляции света, чем у известных модуляторов, при той же мощности модулирующего ЭВЧ-сигнала или в два раза меньшую модулирующую мощность при требуемой глубине модуляции.

Это дает существнный зкономический выиграш: уменьшение примерно во столько же раз стоимости источника модулирующего сигнала за счет упрощения схемы, уменьшения количества каскадов, упрощения настройки и т. д. Кроме того, в предложенном модуляторе уменьшается в два раза мощность рассеивания на сопротивлении нагрузки, что упрощает конструктивное и технологическое выполнение модулятора и, как следствие, уменьшает его сто и м ость.

Формула изобретения

1. Электрооптический СВЧ-модулятор света, содержащий два короткозамкнутых у однбго из концов четвертьволновых СВЧрезонатора, нагрузку, поляризатор, анализатор и электрооптический кристалл с нанесенными íà его противоположные боковые грани двумя электродами, один из которых соединен с центральным проводником -первого из СВЧ-резонаторов, а другой — с центральным проводником второso резонатора и с нагрузкой, о т л и ч а ю696842

<.о адт, тг "а

Корректор С. Файн

Тскред И. Заболотнова

Редактор О. Юркова

Заказ 18/29 Изд. ¹ 100 Тираж 515 Подписное

НПО «Поиск» Государственного кочитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип, Харьк. фил. пред. «Патент» шийся тем, что, с целью повышения эффективности и глубины амплитудной модуляции света, противоположные концы электродов короткозамкнуты по торцу электрооптического кристалла, электрическая длина которого равна половине длины волны, соответствующей центральной частоте рабочего диапазона модулятора.

2. СВЧ-модулятор света по п. 1, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью уменьше. ния потерь светового излучения, короткое, замыкание электродов выполнено по боковым граням электрооптического кристалла.

Источники информации, принятые во

5 внимание при экспертизе:

1. Мустель Е. P., Парыгин В. Н. Методы модуляции и сканирования света, М., «Наука», 1970, с. 102.

2. Авторское свидетельство СССР

10 № 575602, кл. G 02 F 1/03, 02.06.1975 (прототип).