Оптические модуляторы. Виды модуляций, достигаемых с помощью волоконно-оптического модулятора (ВОМ), материалы используемы для изготовления ВОМ

Содержание

Введение  3

1 оптические модуляторы   4

1.1 Обычные типы модуляторов  4

1.1.1 Модуляторы интенсивности излучения  4

1.1.2 Волоконно-оптические модуляторы фазы излучения в слабодвулучепреломляющем световоде  5

1.1.3 Волоконно-оптические модуляторы эллиптичности поляризации излучения в слабодвулучепреломляющем световоде  7

1.1.4 Электрооптический модулятор на ячейке Поккельса  8

1.2 Интегральные типы модуляторов  10

1.2.1 Электрооптические модуляторы интерференционного типа  10

1.2.2 Электрооптические модуляторы переключающего типа  12

1.2.3 Электрооптические модуляторы бегущей волны   14

1.2.4 Акустооптические модуляторы   16

2 Материалы   16

2.1 Материалы для интегральной оптики  16

заключение  19

Список литературы   20

Изм	Лист	№ докум.		Подп.	Дата
Разраб.		Кирюхин
Пров.		Томилин
Н.контр.
Утв.

 

Подпись и дата
Инв. № дубл.
Взам. инв. №
Подпись и дата
Инв. № подл.

КГТУ Р52-1

Введение

В связи с тем что в волоконно-оптические системы в качестве сигнала используют свет, а не электричество, производить модуляцию обычными методами невозможно. Что такое оптическая модуляция, виды модуляций достигаемых с помощью волоконно-оптического модулятора (ВОМ), материалы используемы для изготовления ВОМ эти вопросы и являются целью данного доклада.

1 оптические модуляторы

Волоконно-оптическим модулятором называют систему, содержащую участок волоконного световода, и устройство, которое осуществляет воздействие на этот участок световода, управляющее параметрами излучения (фазой, интенсивностью, состоянием поляризации, частотой, распределением энергии по сечению световода и т. д.), распространяющегося по волоконному световоду (ВС), в соответствии с приложенным воздействием (Рис. 1). То есть происходит сложение модулирующего полезного сигнала с высокочастотным входящим сигналом (на этом принципе работают все представленные в реферате модуляторы). Однако не всегда оптическая модуляция производится с помощью световода, она может происходить и с помощью источника излучения, например, полупроводникового лазера.

Рис. 1.

Основными типами воздействия ни ВС для получения модуляции являются Акустооптическое (АО) и Магнитооптическое (МО).

1.1 Обычные типы модуляторов

1.1.1 Модуляторы интенсивности излучения

Этот вид модуляции связан с изменением оптических потерь в ВС, которые могут возникать в результате воздействий на него, например, изгибов, микроизгибов и т.д. Следовательно, управление радиусом изгиба или величиной микроизгибов приводит к модуляции интенсивности излучения.

На рис. 2 б) показан такой модулятор. Подаваемое напряжение на пьезокерамический цилиндр, меняет его диаметр, а соответственно, и радиус.

Важным преимуществом модуляторов интенсивности являются их термостабильность, связанная с тем, что потери излучения в невозмущённых участках ВС практически не зависят от температуры окружающей среды. В связи с этим модуляторы интенсивности представляют хоть и малый, но весьма перспективный класс ВОМ.

1.1.2 Волоконно-оптические модуляторы фазы излучения в слабодвулучепреломляющем световоде

Разработка этих типов модуляторов началось практически сразу после появления промышленных образцов оптических волноводов. Модуляция достигается путём продольных и радиально-поперечных деформации ОВ, при этом происходит его:

1.  Изменение длины световода

2.  Изменение диаметра

3.  Изменение показателя преломления жилы (в следствии фотоупругого эффекта)

Это видно из формул:

Δφ=ΔLβ+ΔβL

Δφ-изменение фазы

V-волноводный параметр

n-показатель преломления

L-длинна волновода

a-радиус сердцевины

β-постоянная распределения

В качестве деформирующего прибора  выступают пьезокерамические преобразователи (рис. 2).

 Рисунок 2 –Волоконно-оптические фазовые модуляторы на основе: а) пьезокерамической пластины; б) пьезокерамического цилиндра.

Например, на рис. 1, а представлен такой преобразователь, это пъезокерамическая пластина вдоль которой приклеен деформируемый участок световода. Изменение длины пластины ΔL определяется соотношением:

d-пьезокерамическая постоянная материала пьезокерамики

t-толщина пьезокерамической пластины

L-длина пластины

U-напряжение подаваемое на пластину

Таким образом при изменении небольшого напряжения (т.к. L>>t и соотношение L/t≈(10..40)), изменяется длина, что в свою очередь приводит к деформации световода ε и соответственно фазы φ (т.к. в общем φ~ ε).

Цилиндрический пьезопреобразователь также используется для создания радиально-изотропных деформаций световода, приводящих к изменению фазы излучения. Фазовый модулятор этого типа представлен на рис. 3. В нем деформируемый участок световода и источник акустических волн помещается внутри пьезокерамического преобразователя в прецизионную капиллярную трубку, которая для улучшения акустического контакта заполнена минеральным маслом. Эта трубка  (внутренний диаметр —100 мкм, внешний диаметр—350 мкм) располагается строго по оси цилиндрического преобразователя, изменение геометрических размеров которого, с помощью воздействия на него  акустических волн,  с соответствующим модулирующим напряжением и приводит к радиально-изотропным деформациям участка световода.

Модуляторы этого типа работают на частотах порядка единиц мегагерц. В то же время они характеризуются несколько меньшей эффективностью по сравнению с устройствами, показанными на рис. 1. Например,  сообщается, что указанный модулятор позволял работать на частоте f=4,675 МГц при величине управляющего напряжения 2 В. Типичная чувствительность при этом составляла 0,02 рад/В на 1 см длины деформируемого участка световода.

1.1.3 Волоконно-оптические модуляторы эллиптичности поляризации излучения в слабодвулучепреломляющем световоде