ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК G01N21/00 

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в оптических системах.

Известен оптоэлектронный усилитель, в качестве которого может быть использован оптоэлектронный преобразователь. Он изложен в книге И.К.Верещагина и др. "Введение в оптоэлектронику" М.: Высшая школа, 1991 г., стр.62. Усиленное излучение может быть и однородным. Однако в процессе усиления меняется спектр и для увеличения коэффициента усиления входного сигнала требуется использование громоздких узлов.

Известен оптоэлектронный усилитель, в качестве которого может быть использован оптический транспорантный усилитель. Он изложен в вышеупомянутом источнике на стр.83-85, рис.3.6. Он также при отсутствии картины может излучать усиленное однородное излучение, спектр которого соответствует спектру входного сигнала, поступающего от источника излучения. Однако для этого на второй его вход осуществляется поступление световой управляющей волны с другим спектром. В качестве источника излучения входного сигнала может быть использован лазер. Однако для увеличения коэффициента усиления также требуется использование громоздких узлов.

С помощью предлагаемого устройства обеспечивается увеличение коэффициента усиления света без использования громоздких узлов. Достигается это введением повернутого полупрозрачного отражательного зеркала между источником излучения и оптически управляемым транспорантным усилителем, а также введением пяти повернутых отражательных зеркал, корректирующей линзы, оптоэлектронного преобразователя и электрооптического модулятора, при этом оптический выход источника излучения связан с первым оптическим входом повернутого полупрозрачного отражательного зеркала, второй оптический вход которого, первый и второй оптические выходы соответственно связаны через линзу с оптическим выходом второго повернутого отражательного зеркала, с первым оптическим входом оптически управляемого транспорантного усилителя и с оптическим входом третьего повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом четвертого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан через оптоэлектронный преобразователь с вторым оптическим входом вышеупомянутого оптически управляемого транспорантного усилителя, имеющего оптический выход, связанный через электрооптический модулятор с оптическим входом пятого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом первого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом второго повернутого отражательного зеркала.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:

1, 2 - повернутые отражательные зеркала;

3 - корректирующая линза;

4 - повернутое отражательное зеркало;

5 - электрооптический модулятор;

6 - оптически управляемый транспорантный усилитель;

7 - повернутое полупрозрачное зеркало;

8 - источник излучения;

9 - оптоэлектронный преобразователь;

10, 11 - повернутые отражательные зеркала,

при этом оптический выход источника излучения 8 связан с первым оптическим входом повернутого полупрозрачного отражательного зеркала 7, второй оптический вход которого и первый и второй оптические выходы соответственно связаны через линзу 3 с оптическим выходом повернутого отражательного зеркала 2, с первым оптическим входом оптически управляемого транспорантного усилителя 6 и с оптическим входом повернутого отражательного зеркала 11, оптический выход которого связан с оптическим входом повернутого отражательного зеркала 10, оптический выход которого связан через оптоэлектронный преобразователь 9 с вторым оптическим входом вышеупомянутого оптически управляемого транспорантного усилителя, имеющего оптический выход, связанный через электрооптический модулятор 5 с оптическим входом повернутого отражательного зеркала 4, оптический выход которого связан с оптическим входом повернутого отражательного зеркала 1, оптический выход которого связан с оптическим входом повернутого отражательного зеркала 2.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Источник излучения 8, который может быть лазером, формирует световой поток, который поступает через полупрозрачное отражательное зеркало 7 в оптически управляемый транспорантный усилитель 6, и одновременно отражается от этого полупрозрачного отражательного зеркала и далее от повернутых отражательных зеркал 11, 10, и поступает в оптоэлектронный преобразователь 9, который может также и усиливать сигнал. В результате на его выходе формируется другой спектр, поступающий на второй управляющий вход вышеупомянутого оптически управляемого транспорантного усилителя 6. После чего через него проходит и усиливается свет от источника излучения 8. При этом необходимым условием является отличие спектров, поступающих на первый и второй его входы. Кроме того, интенсивность выходного излучения превышает интенсивность излучения, поступающего на второй управляющий вход. Пример конкретного исполнения оптоэлектронного преобразователя 9 представлен, например, в упомянутом в первом и втором аналоге источнике на стр.62, а пример конкретного исполнения оптически управляемого транспорантного усилителя представлен, например, в этом же источнике на стр.83. Однако в отличие от аналогов в данном устройстве отсутствуют изображения картин и усиленное излучение является однородным и далее проходит через электрооптический модулятор 5 и отражается от повернутого отражательного зеркала 1, от повернутого отражательного зеркала 2, проходит через корректирующую линзу 3 и перед поступлением на вход оптически управляемого транспорантного усилителя 6 снова отражается от повернутого полупрозрачного отражательного зеркала 7 и одновременно проходит через него, на вход оптоэлектронного преобразователя 9, предварительно отразившись от повернутых отражательных зеркал 11 и 10. Таким образом, зеркала 1, 2, 4 и 7 представляют собой резонатор, где осуществляется положительная обратная связь оптического выхода опрически управляемого транспорантного усилителя 6 с его первым оптическим входом. Следовательно, интенсивность света, поступающего на этот вход, многократно превышает интенсивность света от источника излучения 8. Это также обусловлено еще тем, что интенсивность света, поступающая с оптического выхода оптоэлектронного преобразователя 9, также многократно увеличивается. Таким образом, происходит лавинообразное увеличение световой энергии до тех пор, пока не произойдет насыщение, зависящее от характеристик элементов, входящих в состав вышеупомянутых узлов. С помощью корректирующей линзы 3 обеспечивается поддержание паралельности лучей внутри пучка. Выход накопленной световой энергии осуществляется с помощью электрооптического модулятора 5. Режимы его работы обеспечивают непрерывное или импульсное излучение, а пример конкретного исполнения представлен, например, в вышеупомянутом источнике на стр.65-69. Как отмечено в книге Л.З.Криксунова "Справочник по инфракрасной технике" М.: Советское радио, 1978 г., на стр.329, оптические потери в кристалле модулятора составляют 0,5 дБ/м, что соответствует малому затуханию света.

При импульсном излучении осуществляется предварительное накопление световой энергии в резонаторе, которая излучается после подачи импульсного напряжения на кристалл от источника напряжения внутри оптоэлектрооптического модулятора. Если источник непрерывный, то излучается непрерывное излучение. Необходимо отметить, что одним из элементов, входящих в оптически управляемый транспорантный усилитель 6, является также повернутое полупрозрачное отражательное зеркало, представленное в рисунке вышеупомянутого источника на стр.83. От этого зеркала не только отражается, но и проходит управляющее излучение с выхода оптоэлектронного преобразователя 9. Таким образом, данное устройство формирует два излучения.

Предлагаемое устройство может быть использовано в лазерных передатчиках для осуществления излучения многократно усиленного непрерывного сигнала или мощных импульсных сигналов. При этом отпадает необходимость использования громоздких квантовых генераторов, что обеспечивает экономический эффект. К выходам усилителя пожет быть подсоединен аналогичный усилитель, что даст возможность еще раз преумножить коэффициент усиления.

Устройство можно также использовать в оптических приемниках для усиления слабых сигналов.

Использование: в оптических системах. В усилитель вводятся пять повернутых отражательных зеркал, корректирующая линза, оптоэлектронный преобразователь и электрооптический модулятор, при этом оптический выход источника излучения связан с первым оптическим входом повернутого полупрозрачного отражательного зеркала, второй оптический вход которого и первый и второй оптические выходы соответственно связаны через линзу с оптическим выходом второго повернутого отражательного зеркала, с первым оптическим входом оптически управляемого транспорантного усилителя и с оптическим входом третьего повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом четвертого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан через оптоэлектронный преобразователь с вторым оптическим входом вышеупомянутого оптически управляемого транспорантного усилителя, имеющего оптический выход, связанный через электрооптический модулятор с оптическим входом пятого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом первого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом второго повернутого отражательного зеркала. Технический результат - увеличение коэффициента усиления. 1 ил.

Оптоэлектронный усилитель, состоящий из источника излучения и оптически управляемого транспорантного усилителя, где оптический выход источника излучения связан с первым оптическим входом оптически управляемого транспорантного усилителя, отличающийся тем, что вводится повернутое полупрозрачное отражательное зеркало между источником излучения и оптически управляемым транспорантным усилителем, а так же вводятся: пять повернутых отражательных зеркал, корректирующая линза, оптоэлектронный преобразователь и электрооптический модулятор, при этом оптический выход источника излучения связан с первым оптическим входом повернутого полупрозрачного отражательного зеркала, второй оптический вход которого и первый и второй оптические выходы соответственно связаны: через линзу, с оптическим выходом второго повернутого отражательного зеркала, с первым оптическим входом оптически управляемого транспорантного усилителя, и с оптическим входом третьего повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом четвертого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан через оптоэлектронный преобразователь с вторым оптическим входом вышеупомянутого оптически управляемого транспорантного усилителя, имеющего оптический выход, связанный через электрооптический модулятор с оптическим входом пятого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом первого повернутого отражательного зеркала, оптический выход которого связан с оптическим входом второго повернутого отражательного зеркала.