СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ Советский патент 1995 года по МПК G02F1/15 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в гидроакустике, электротехнике, виброметрии и оптических системах связи для преобразования фазомодулированного сигнала в электрический.

Цель изобретения увеличение отношения сигнал-шум и упрощение способа.

На чертеже представлена схема устройства для преобразования оптического сигнала в электрический, содержащего источник 1 когерентного излучения (лазер), светоделительную пластину 2 для деления исходного пучка на референтный и сигнальный пучки, зеркала 3, предназначенные для формирования картины интерференции сигнального и референтного пучков света на поверхности фотопроводника с требуемой ориентацией и пространственной частотой, элемент 4, осуществляющий фазовую модуляцию сигнального пучка света (электрооптический модулятор, зеркало на пьезокерамическом кольце, оптическое волокно, оптическая длина которого меняется под действием температуры, акустического давления, электрического или магнитного поля и т.д.), фотопроводник 5, выполненный в поперечной геометрии, нагрузочное сопротивление 6, селективный усилитель (У2-8) 7.

Для осуществления способа пучок когерентного света от источника 1 направляют в интерферометр, который состоит из светоделительной пластинки 2 и зеркал 3. В сигнальном плече интерферометра с помощью элемента 4 происходит фазовая модуляция светового пучка, которая далее преобразуется в колебания интерференционной картины в месте пересечения сигнального и референтного пучков. Затем сформиpованной таким образом интерференционной картиной освещают фотопроводник 5. Результирующий электрический сигнал снимают с нагрузочного сопротивления 6, включенного последовательно с фотопроводником.

Для реализации способа в качестве фотопроводника был выбран кристалл Вi₁₂SiO₂₀, который обладает высокой фоточувствительностью в сине-зеленой области спектра (0,55-0,4 мкм) и в котором эффективно формируется пространственно-периодическое поле объемного заряда.

При освещении фотопроводника интерференционной картиной происходит пространственно неоднородное фотовозбуждение подвижных электронов, их перераспределение за счет диффузии по фотопроводнику и последующий захват на ловушки. Это приводит к формированию пространственно-периодического поля пространственного заряда. В свою очередь, в результате фазовой модуляции одного из световых пучков возникают периодические колебания интерференционной картины и соответственно распределения фотоэлектронов в объеме фотопроводника. Эти колебания пространственно-периодического распределения фотовозбужденных электронов относительно пространственно-периодического поля объемного заряда приводят к возникновению сквозного переменного электрического тока через фотопроводник. Необходимый линейный режим преобразования: величина сдвига интерференционной картины сила тока во внешней цепи автоматически поддерживается благодаря 90^о-ному пространственному фазовому сдвигу между интерференционной картиной и распределением поля пространственного заряда, формируемого за счет диффузионной записи.

Выбор пространственной частоты интерференционной картины К, которая определяется углом сходимости сигнального и референтного световых пучков θ и длиной волны света λ(К (4π / λ)sin(θ /2), в диапазоне 0,1L_D¹ < K < 10L_D¹ обеспечивает высокую амплитуду выходного сигнала. Выбор фотопроводника с характерным временем диэлектрической релаксации τ_di > [Ω (1 + K²L_D²]^-1 обеспечивает необходимую частотную передаточную характеристику при преобразовании светового фазомодулирован- ного сигнала в электрический при сохранении высокого значения отношения сигнал/шум.

При использовании газового гелий-кадмиевого лазера ЛПМ-11 с выходной мощностью Р_о ≈ 0,5 мВт на длине волны λ= 0,44 мкм время диэлектрической релаксации составило величину τ_di ≈ 10^-3 c. Пространственная частота интерференционной картины (с приблизительно единичным контрастом) была выбрана равной К ≈ L_D^-1 ≈ (5 ˙ 10^-3 мм)^-1= 2000 мм^-1. Фазовая модуляция сигнального пучка осуществляется подвижным зеркалом, закрепленным на телефонной головке, на частоте f 1 кГц, удовлетворяющей условию [2 πf(1 + K²L_D²)]^-1 ≈ 10^-4 c << τ_di.Выходной электрический сигнал подавался на вход стандартного узкополосного усилителя У2-8 с входным сопротивлением 1 МОм и далее на синхронный детектор КЗ-2. При времени накопления 1 с )(Δf 1 Гц) экспериментально достигнутое отношение сигнал/шум составило > 80 дБ.

При использовании в качестве фотопроводника кристалл GaAs, освещаемого интерференционной картиной, которая формировалась светом НеNe-лазера с λ ≈ 0,63 мкм отношение сигнал/шум составило >70 дБ в полосе Δf 1 Гц.

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в гидроакустике, электротехнике, виброметрии и оптических системах связи для преобразования фазомодулированного оптического сигнала в электрический. Цель изобретения улучшение отношения сигнал/шум и упрощение способа. При осуществлении способа преобразования оптического сигнала в электрический пучок когерентного света от источника 1 направляют в интерферометр, который состоит из светоделительной пластинки 2 и зеркал 3. В сигнальном плече интерферометра с помощью элемента 4 происходит фазовая модуляция светового пучка, которая преобразуется в колебания интерференционной картины в области пересечения сигнального и референтного пучков, где расположен фотопроводник 5. Электрический сигнал снимают с нагрузочного сопротивления 6. Фотопроводник выполнен из кристалла Bi₁₂SiO₂₀ Преимуществами способа являются совмещение этапов фильтрации низкочастотной составляющей фазовой модуляции световой волны и собственно формирования электрического сигнала в одном элементе фотопроводнике, упрощение юстировки, сводящейся к помещению фотопроводника в область пересечения промодулированного и референтного пучков света, и отсутствие высокого напряжения. 1 ил.

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ сигнал путем освещения фотопроводящего элемента, с которого снимают электрический сигнал, фазомодулированным и референтным пучками света, формирующими интерференционную картину на элементе, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум и упрощения способа, угол между фазомодулированным и референтным пучками устанавливают таким, чтобы частота интерференционной картины K находилась в диапазоне от 0,1L-D

¹ до 10 L-D¹ где диффузионная длина; D коэффициент диффузии фотоэлектронов; τ среднее время жизни фотоэлектронов в зоне проводимости, и освещают этими пучками фотопроводящий элемент с временем диэлектрической релаксации τ_di> [2πf(1+K²L2D]^-1, где f частота модулирующего колебания.