МОДУЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК G02F1/35 G02F1/315 

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

Известен модулятор, содержащий сегнетоэлектрический кристалл, поляризаторы, управляющие электроды.

Однако модулятор имеет низкие функциональные возможности, заключающиеся в малом диапазоне управляющих напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является модулятор, содержащий электрооптическую ячейку, первый и второй контакты для подачи управляющего напряжения, поляризатор.

Недостатком известного устройства являются низкие функциональные возможности, заключающиеся в малом диапазоне управляющих напряжений при их значении свыше 1 кВ.

Целью изобретения является расширение диапазона управляющих напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается модулятор, содержащий электрооптическую ячейку, первый и второй контакты для подачи управляющего напряжения, в котором модулятор выполнен в виде K ≥ 2 волноводных каналов, выполненных в K ≥ 2 пластинах из ниобата лития LiNbO₃, при этом модуляция света осуществляется за счет электрооптического эффекта в ниобате лития путем подачи управляющих напряжений, для чего первый и второй управляющий электроды, нанесенные на противоположные грани каждого волноводного канала, подключены к соответствующему контакту для подачи управляющего напряжения и к общей шине устройства, первый и второй соединители, первые и вторые волоконно-оптические кабели, оптически плотные переходы, расположенные на входах и выходах волноводных каналов, первый соединитель, вход которого является входом для подачи светового потока с равномерным распределением, через первые волоконно-оптические кабели и через оптически плотные переходы подключен к входам волноводных каналов, входы которых через оптически плотные переходы и вторые волоконно-оптические кабели подключены к второму соединителю, вход которого является выходом модулятора.

На фиг. 1 изображен модулятор; на фиг. 2 - волноводный канал, на фиг. 3 - зависимости относительной яркости света на выходе волноводного канала от напряжения на управляющих электродах для волноводных каналов, выполненных в пластинах из ниобата лития.

Устройство (фиг. 1) содержит пластины из ниобата лития 1.1 - 1.K, в которых выполнены волноводные каналы 2 с входами 3, выходами 4, управляющими электродами 5, 6, первые 7 и вторые 8 контакты для подачи управляющих напряжений на первые и вторые управляющие электроды, (K - 1) непрозрачных пластин 8.1 - 8 (K - 1), коммутатор 9 с выходами 10.1 - 10.K, входами 11.1 - 11.M (M ≥ 1) для подачи управляющих напряжений, 12.1 - 12.P P ≥ 1 входов для подачи логических напряжений, оптически плотные переходы 13, первые волоконно-оптические кабели 14.1 - 14.K, вторые волоконно-оптические кабели 15.1 - 15.K, первый соединитель 16, второй соединитель 17.

Первый соединитель 16 подключен через первые волоконно-оптические кабели 14, через оптически плотные переходы 13 к входам 3 волноводных каналов 2, входы которых через оптически плотные переходы 4', через вторые волоконно-оптические кабели 15 подключены к второму соединителю 17.

На фиг. 2 показан волноводный канал, выполненный в пластине из ниобата лития 1. Управляющие электроды 5, 6 нанесены на противоположные грани волноводного канала и подключены соответственно к контакту 7 для подачи управляющего напряжения к общей шине устройства.

На фиг. 3 приведено семейство кривых зависимости отношения относительной яркости света на выходе волноводного канала от поданного управляющего напряжения на волноводных каналах, выполненных в пластинах из ниобата лития с различными оптическими свойствами 18.1 - 18.K.

Устройство работает следующим образом. Волноводные каналы 2 выполнены в пластинах 1.1 - 1.K из ниобата лития, представляют собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого диэлектрика при помещении его во 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 на 90^o плоскости поляризации в соответствующем волноводном канале 2 и вектора E напряженности электрического поля управляющего сигнала.

Выбирая различные срезы кристалла ниобата лития относительно оптической оси, т.е. кристаллы с различными оптическими свойствами 1.1 - 1.K, и формируя в них волноводные каналы 2, получаем волноводные каналы с различными зависимостями относительной яркости на выходе волноводного канала от поданного на него напряжения 18.1 - 18.K. При выполнении волноводных каналов в пластинах из ниобата лития с одинаковыми оптическими свойствами имеем на выходе увеличение интенсивности светового потока в K раз по сравнению с одним волноводным каналом за счет суммирования световых потоков.

Однако, за счет выбора кристаллов управляющие напряжения могут составлять от 12 до 46 кВ.

В модуляторе происходит расширение диапазона управляющих напряжений от 12 до 4 кВ, при подаче их на управляющие электроды различных волноводных каналов, например, через коммутатор 9.

Таким образом, повышение яркости на выходе от 2 до K раз происходит за счет применения K волноводных каналов, выполненных в пластинах из ниобата лития, с одинаковыми оптическими свойствами.

Использование: оптическая техника, система регулирования и стабилизации интенсивности светового излучения. Сущность изобретения: работа устройства основана на изменении интенсивности света на выходе волноводного канала, имплантированном в ниобате лития, при изменении управляющего напряжения на его электродах. При этом каждый волноводный канал представляет собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект в ниобате лития, т. е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного диэлектрика при помещении его во внешнее электрическое поле. При подаче управляющего напряжения между контактами подается напряжение на соответствующие электроды, что приводит к выполнению условий полного внутреннего отражения в волноводном канале. При этом на выходе волноводного канала получаем световой поток, пропорциональный световому потоку на его входе. Коэффициент пропорциональности зависит от значения приложенного напряжения между управляющими электродами. За счет выбора кристаллов с различными срезами относительно оптической оси получаем ряд волноводных каналов с различной зависимостью относительной яркости на выходе каждого волноводного канала от напряжения. Подавая управляющие напряжения на соответствующие волноводные каналы с помощью коммутатора, обеспечиваем большой динамический диапазон зависимости относительной яркости на выходе модулятора от приложенного напряжения. 3 ил.

1. Модулятор, содержащий электрооптическую ячейку, первый и второй контакты для подачи управляющего напряжения, отличающийся тем, что электрооптическая ячейка выполнена в виде К ≥ 2 пластинок из LiNbO₃ с К ≥ 2 волноводными каналами, так что первый и второй контакты выполнены в виде управляющих электродов, нанесенных на противоположные грани каждого волноводного канала, причем входы и выходы волноводных каналов через первые и вторые волоконно-оптические кабели подсоединены соответственно к первому и второму соединителям, причем соединение входов и выходов с волоконно-оптическими кабелями выполнено через оптически плотные переходы. 2. Модулятор по п.1, отличающийся тем, что он содержит коммутатор напряжений с K выходами, подключенными к соответствующим электродам первого контакта, M ≤ K входами и P входами для подачи логических сигналов. 3. Модулятор по п.1, отличающийся тем, что все пластины из LiNbO₃ имеют различные оптические свойства.