ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G02B26/02 G02F1/01 

Изобретение относится к области оптической технике, а именно к системам регулирования и стабилизации интенсивности светового излучения, и может быть использовано для создания оптической аппаратуры различного назначения.

Известен оптрон [1], который однако имеет низкую точность, заключающуюся в невозможности в широком динамическом диапазоне выходных интенсивностей света обеспечить определенное соотношение интенсивностей световых потоков на входе и выходе. В значительной мере искажается спектральный состав входных и выходных световых потоков.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является электрооптическое устройство регулирования интенсивности светового излучения [2], содержащее первый вход для подачи светового потока и последовательно расположенные блок управления, управляющий элемент, устройство сравнения, при этом управляющий элемент имеет первый и второй управляющие электроды, соединенные с выходом блока управления.

Недостатком известного устройства являются низкие функциональные возможности, заключающиеся в невозможности получения на выходе устройства N световых потоков, интенсивности которых управляются интенсивностью входного светового потока, обеспечить режим усиления интенсивности входного светового потока, мал диапазон регулируемых интенсивностей световых потоков из-за малых ЭДС на входе управления при малых интенсивностях светового потока. Устройство сложно, так как на управляющие электроды необходимо подавать большие напряжения (более 1 кВ), что усложняет блок управления, уменьшает его быстродействие, требуются поляризаторы света.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, упрощение повышения быстродействия.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагается электрооптическое устройство регулирования интенсивности светового излучения, содержащее первый вход для подачи светового потока, блок управления, первый управляющий элемент, устройство сравнения, в котором управляющий элемент выполнен в виде первого волноводного канала в ниобате лития LiNbO₃, при этом модуляция света осуществляется за счет электрооптического эффекта в ниобате лития путем подачи управляющих напряжений, для чего первый и второй управляющие электроды, нанесенные на противоположные грани первого волноводного канала, подключены соответственно к выходу блока управления и общей шине устройства, устройство сравнения выполнено как устройство сравнения интенсивности двух световых потоков, в устройство введены N≥1 вторых волноводных каналов, по конструкции аналогичных первому волноводному каналу, при этом первые управляющие электроды вторых волноводных каналов соединены между собой и с выходом блока управления, вторые управляющие электроды вторых волноводных каналов соединены между собой и с общей шиной устройства, первый вход для подачи первого светового потока является первым входом устройства сравнения, а его второй вход, на который подается второй световой поток, соединен с выходом первого волноводного канала, вход которого совместно с входами вторых волноводных каналов является вторым входом для подачи второго светового потока.

На фиг. 1-4 представлено устройство в различных случаях выполнения; на фиг. 5 - волноводный канал; на фиг. 6 - зависимость интенсивности светового потока на выходе волноводного канала от управляющего напряжения.

Устройство (фиг. 1) содержит пластину из ниобата лития 1, в которой выполнены первый 2 и N вторых 9.1-9.N волноводных каналов с входами 3, выходами 4, управляющими электродами 5 и 6 (фиг.4), первые 7 и вторые 8 (фиг.5) контакты для подачи управляющих напряжений на первые и вторые управляющие электроды, устройство сравнения интенсивности двух световых потоков 10 с входами 11 и 12 для подачи световых потоков, причем вход 11 совмещен с первым входом устройства для подачи первого светового потока, блок управления 13, второй вход 14 для подачи второго светового потока, соединитель 15, первые волоконно-оптические кабели 16.1-16.N+1, оптически-плотные переходы 17.

Соединитель 15 соединен с входами 3 волноводных каналов 2 и 9.j через волоконно-оптические кабели 16.K. Выход волноводного канала 2 оптически соединен с вторым входом 12 устройства сравнения двух световых потоков, выход которого соединен с входом блока управления, выход которого соединен с первыми управляющими электродами 7 волноводных каналов, выходы 4 волноводных каналов 9 являются выходами устройства.

Конструктивные связи устройства на фиг.2 аналогичны конструктивным связям устройства на фиг. 1, отличием является введение первого ослабителя 19 светового потока, вход которого подключен через оптически-плотный переход 17, первый волоконно-оптический кабель с выходом соединителя, выход ослабителя 19 соединен через второй волоконно-оптический кабель 18.1 и оптически-плотные переходы 17 с входом 11 для подачи светового потока, вход 12 для подачи светового потока соединен через оптически плотные переходы 17 и второй волоконно-оптический кабель с выходом первого волноводного канала.

Конструктивные связи устройства на фиг.3 аналогичны конструктивным связям устройства на фиг.1 и 2, отличием является введение второго ослабителя 20, вход которого через третий волоконно-оптический кабель 21 соединен через оптически плотные переходы 17 с выходом первого волноводного канала, а его выход через второй волоконно-оптический кабель 18.2 и оптически плотные переходы соединен с вторым входом 12.

Конструктивные связи и нумерация устройства на фиг.4 аналогичны конструктивным связям и нумерации устройства на фиг.3, отличием является выполнение второго ослабителя светового потока в виде волноводного канала 20, по конструкции аналогичного первому волноводному каналу, первый контакт для подачи управляющего напряжения которого подключен к второму входу 22 для подачи управляющего напряжения.

Конструктивные связи и нумерация волноводного канала на фиг.5 описаны в устройстве на фиг.1.

На фиг. 6 приведена зависимость относительного изменения интенсивности света на выходе волноводного канала от относительного изменения управляющего напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Волноводные каналы 2 и 9, выполненные в пластине из ниобата лития, представляют собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого диэлектрика при помещении его на внешнее электрическое поле. При воздействии однородного электрического поля, прикладываемого между управляющими электродами 5 и 6, диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором E напряженности поля управляющего сигнала.

При этом за счет эффекта полного внутреннего отражения света на выходе волноводного канала получаем световой поток с малым коэффициентом затухания. В основу работы волноводного канала положено каналирование светового пучка в тонких диэлектрических структурах и пленках.

В режиме отсутствия управляющего напряжения на гранях волноводного канала 2 (полосковых волноводов) свет в волноводном канале не распространяется из-за сдвигов по фазе 90^o плоскости поляризации в соответствующем волноводном канале 2 и 9 и вектора напряженности электрического поля управляющего сигнала.

На первый вход для подачи светового потока подается световой поток, определяющий интенсивность световых потоков на выходах устройства. Первый световой поток сравнивается в устройстве сравнения интенсивности двух световых потоков со световым потоком, поступающим с выхода первого волноводного канала, на вход которого подается второй световой поток с интенсивностью, большей интенсивности первого светового потока.

Блок управления (например, операционный усилитель), изменяя напряжение на управляющих электродах, устанавливает интенсивность светового потока на выходе первого волноводного канала равной интенсивности первого светового потока (напряжение управления составляет 12-60 В). Так как волноводные каналы имеют идентичную зависимость коэффициента ослабления второго светового потока от управляющего напряжения, то на выходе вторых волноводных каналов получим N световых потоков с интенсивностью света, определяемого первым световым потоком.

По сравнению с прототипом имеем расширение функциональных возможностей, заключающееся в получении на выходах устройства N потоков света, интенсивность которых управляется входным световым потоком, управление - выходным световым потоком, входным световым потоком - расширение диапазона регулируемых интенсивностей световых потоков в область малых значений, так как для обеспечения работы фотоприемника на фотодиодах требуется намного меньше интенсивности света, чем для обеспечения достаточного напряжения управления с электродов кристалла прототипа. Имеет место упрощение устройства, в частности блока управления, за счет уменьшения управляющего напряжения до 12-60 В. В прототипе необходимы напряжения свыше 1 кВ, что существенно усложняет устройство. Не требуются поляризаторы света. Возможно обеспечить большее быстродействие из-за меньшего на порядок уровня напряжений управления.

Работа устройства на фиг. 2 аналогична работе устройства на фиг.1. Отличием является введение первого ослабителя светового потока, определяющего световой поток на первом входе устройства. При выполнении его с регулируемым коэффициентом ослабления получаем на выходе световой поток, регулируемый путем изменения коэффициента передачи первого ослабителя светового потока, что расширяет функциональные возможности устройства.

При выполнении первого ослабителя 19 в виде волноводного канала получаем на выходе устройства N=1 световых потоков, модулируемых в соответствии с формой управляющего напряжения.

Работа устройства на фиг. 3 аналогична работе устройства на фиг.1. Отличием является введение второго ослабителя светового потока на выходе первого волноводного канала, что позволяет получить на выходе устройства световой поток с интенсивностью света в K раз больше, чем интенсивность света на первом входе устройства 11. Здесь K - коэффициент ослабления второго ослабителя. Это позволяет использовать данное устройство как усилитель светового потока с заданным, строго фиксированным коэффициентом усиления светового потока, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

При выполнении второго ослабителя 20 в виде волноводного канала (фиг.4) получаем усилитель интенсивности светового потока с регулируемым коэффициентом усиления, определяемым напряжением, подаваемым на контакт 22.

Предлагаемое устройство имеет большие функциональные возможности, более высокое быстродействие и более широкий динамический диапазон регулируемых интенсивностей света по сравнению с прототипом.

Изобретение содержит устройство сравнения, блок управления и N волноводных каналов, расположенных на пластине из ниобата лития. На противоположные грани волноводных каналов нанесены управляющие электроды. Входы первого и второго волноводных каналов являются вторым входом для подачи оптического излучения с равномерным распределением интенсивности по входу. Первый вход для подачи оптического излучения совмещен с первым входом устройства сравнения. Устройство может содержать ослабитель оптического излучения, оптически связанный с вторым и первым входами для подачи оптического излучения. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Электрооптическое устройство регулирования интенсивности оптического излучения, содержащее первый вход для подачи оптического излучения, последовательно расположенные устройство сравнения, блок управления и управляющий элемент с первым и вторым управляющими электродами, соединенный с устройством сравнения, причем первый управляющий электрод соединен с выходом блока управления, отличающееся тем, что элемент выполнен в виде пластины из ниобата лития с расположенными в ней первым волноводным каналом, на противоположные грани которого нанесены первый и второй управляющие электроды, и совпадающими по конструкции с первым N≥ 1 вторыми волноводными каналами, на противоположные грани которых нанесены соответственно первые и вторые управляющие электроды вторых каналов, причем первые управляющие электроды первого и вторых каналов соединены между собой, второй управляющий электрод первого канала соединен с общей шиной устройства, вторые управляющие электроды вторых каналов соединены между собой и с общей шиной устройства, кроме того, первый вход для подачи оптического излучения совмещен с первым входом устройства сравнения, а выход первого волноводного канала соединен с вторым входом устройства сравнения, причем входы первого и второго волноводных каналов являются вторым входом для подачи оптического излучения с равномерным распределением интенсивности по входу. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит ослабитель оптического излучения, оптически связанный с вторым и первым входами для подачи оптического излучения. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ослабитель выполнен в виде третьего волноводного канала в пластине ниобата лития, совпадающего с первым по конструкции.