Электрооптический элемент модулятора одной боковой полосы Советский патент 1989 года по МПК G02F1/03 

. Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах когерентной оптической связи, а также в спектроскопии высо; кого разрешения.

- Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности.

На фиг. 1 изображен элемент модулятора для случая 4.электродов (); на фиг. 2 - ориентация электрооптического элемента.

На фиг. 1 обозначены электрооптический кристалл 1, генератор 2, устг ройство 3 задержки фазы.

Прямыми стрелками обозначено направление распространения оптического излучения, круговыми - направление вращения поляризации.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

X, Y, Z - кристаллофизичеекая система координат; Z - направление оси электрооптического элемента относительно кристаллофи- зической системы координат;

в - угол между осями Z и Z ;

Cf - угол между плоскостями ZZ HZX.

Устройство состоит из электрооптл- ческого кристалла в виде призмы, ось которой ориентирована по отношению к кристаллофизическим осям X, Y, Z под углами 0 и д. На каждую из боковых граней призмы нанесены электроды. Число боковых граней может быть произвольным. Призма выполнена из электрооптического кристалла, в котором ; С ПОМОЩЬЮ введения добавок при росте кристалла (или с помощью воздействия температуры-, давления или других физических факторов) обеспечено равенство обыкновенного и необыкновенного показателей преломления. Например, кристалл , для которого равенство п п осуществляется при 0,95 Y 0,96.

CD СЛ

СО

00

31495738

Оптическая индикатрисса в соответ где угол ц определяется из условия ствии с условием п п, представля- ет собой сЛеру в отсутствие поля() sii 2у+ 2 R,,,cos 2v О

(3) г 2г5

Х + X г X 3 . S т-Y Y Т7 1

..„4- , (2) имеет вид

п

i.eitn(1)

Х ,

+ -зг- I

где п - показатель преломления;ТТ ,, . , «- 1

г. . - электрооптические коэффиК V ttl

циенты;

г1ты напряженности

где г-5- Гг 1 V

Е . - компоненты напряженности i i

„„о - - J. Т) „ 2

электричеасого поля, при- Д а п

ложенного И кристаллу; ,+ д v + R , sin 2у;

X,, Х,, э соответствуют осям X, Y,

Z на фиг. 2;j - Л

k, 1, га-индексы суммирования,

+ R sin ц) +

7

принимающие значение от 1+ Rjcos у R sin 2 у,

до 3../ „J1

а разность и , с помордью

а разность и , с помордью

„ f ; п п

В новой системе координат Xi,, в„ i

„ „ ( .которой определяется полуволновое накоторой ось X совпадает с направле-. /„

3 м . нпряжение, равна с учетом (3) нием распространения света,

у f чг fi Y .2Ь

k - .4 (RfR) cos 2 V Х ,

+ -зг- I

ТТ ,, + R sin ц) +

7

J1

а разность и , с помордью

; п п

Изобретение может быть использовано для когерентной оптической связи, а также в спектроскопии высокого разрешения, относится к электрооптическому элементу модулятора с одной боковой полосой. Целью изобретения является снижение управляющей мощности. Цель достигается за счет использования оптически изотропного электрооптического кристалла и специальной его ориентации, при которой могут быть использованы неосевые электрооптические коэффициенты.

k

« 2 R,, sin 2 (R,-R) + (2R)

r Т Г Г Г

рГсг.п

Пусть электрическое поле вращаетгде С, k, 1 - коэффициенты ортого-ся вокруг оси Х с частотой cJ

нального преобразова 535Е Е sinw t;

р, g, n - индексы суммирования.

Оптическая индикатрисса в новойЕ , Е cos wt.

системе координат имеет вид (1), где,

вместо Х, г, Е подставлены Х , г , Е,. дг,

Ориентация кристалла относительно

Сечение оптической идДикатриссыкристаллографических осей (2 угла)

плоскостью Х з 0 определяется еле-определяется с помощью двух условий

дующим образом

г -г +7 г .

и г-- бг Х - ,.,г. „,г 45(5)

-.Х + R2X,+ г - г

Пл . Ы .

2Li±2U + R - . -

г

+ 2 Ь(2)

Благодаря этим условиям обеспечи- , fI I50 вается равномерное вместе с полем

где R - г ,Е + г к. у вращение оптической индикатриссы воTj T(,r-ri;.i- i-ii

KI- ,., X4

i-z Г,Е; + (r,, r,b,

(, - .

r,,, г.„,, гз.,г,„ 55 .2R,, Г,Е; . 2 .

234 safe 4( УR Tji 9 ; p I 9 T- ( p

XV X COSH.- У siny Ч, i

X X sin V + у cos V , tg (ujt + cO ) ,

где tg d

IfJ

r

Таким образом, оптическая индика- трисса вращается с частотой, равной половине частоты генератора.

Кроме того, из (4) следует, что

4 Е-г, г

V(2r;,)

-(2r;,)V

т.е. разность показателей преломления пропорциональна амплитуде напряженности электрического поля и не зависит от времени.

Б качестве примера рассмотрим ориентации кристаллов наиболее употреби- тельных классов Зга и 42т.

Электрооптический элемент модулятора одной боковой полосы, содержаПусть б- угол между осями X, и

Х а, с/- угол между плоскостями Х,Х, Г ° ооковои г V . щии электрооптическии кристалл, вы20- полйенный в виде призмы, каждая из боковь1х граней которой снабжена элекCkl

и XgXj.

Тогда

/-COS 0 cost/ - ccscf sinM sinS sin if - cos if 0

sin6 cosq sin б sincp cos0 /

(f.

.Класс 3m.

Отличные от нуля электрооптические коэффициенты г г д, г ,

42 S1 12 61

Используя матрицу (6), находим из условий (5) два уравнения для углов 0 и Ц) r -jcos (1 + cos в ± 2) sin 3( + + (г4г 2 ( ±1) + (г 33 - - г,э ) sin 0J sin в Q;

r,(l + + 2 )cos

(7)

тр одами.

отличающийся

тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, призма выполнена из 25 оптически изотропного кристалла, а ориентация оптической оси призмы по отношению к осям кристалла X, Y, Z определяется математически выражением

30

I 11

I 11

-- г. ±2

- г

гг

±2 г

f .

62

41

где г

II

36

40

fc.e.m

4(1

frn

HcCte fnn fefm

. ., ,/;

k, e,m

z Kvrf Mtn

k,«,m

/-cos 8 cos If - cos 0 sin q), sin6

sin Ц - cos ( Vsin0cos sinSsinLf cos в I

В невьфожденном случае (если г cos 3 Ч 0.

22

Класс 42т.

Отличные от нуля коэффициенты г 41 rj2 условий (5) следует, что возможна неосевая ориентация

1495738

cos 24 0;

2

г /2 sine г 4,/..

Таким образом, с помощью неосевьк ориентации, определяемых условиями (5), при п, ng можно получить вы- игрьш по управляющей мощности и, кроме того, можно использовать злектро- оптические кристаллы, для которых при осевых ориентацяях эффект вообще отсутствует.

Формула изобретения

Электрооптический элемент модулятора одной боковой полосы, содержа Г ° ооковои г щии электрооптическии кристалл, вытр одами.

отличающийся

тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, призма выполнена из оптически изотропного кристалла, а ориентация оптической оси призмы по отношению к осям кристалла X, Y, Z определяется математически выражением

0

I 11

I 11

-- г. ±2

- г

гг

±2 г

f .

62

41

где г

II

fc.e.m

4(1

frn

HcCte fnn fefm

. ., ,/;

k, e,m

z Kvrf Mtn

k,«,m

40

45

/-cos 8 cos If - cos 0 sin q), sin6

sin Ц - cos ( Vsin0cos sinSsinLf cos в I

r. . - электрооптические коэффи-

X tti

циенты;

в - угол между осью Z кристалла и осью призмы;

С|) - угол между плоскостью XZ и плоскостью, образованной осью Z и осью призмы.

х Л/е.

X Составитель Л, Архонтов Редактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор Т, Малец

е