Модулятор оптического излучения Советский патент 1992 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к оптике, в частности к устройству пля модуляции оптического излучения, распространяющегося в волоконно-оптическом световоде. Изобретение может быть испольтовано и волоконно-оптическом сьетоводе. Изобретение может быть использовано в системах передачи информации по волоконно-оптическим каналам для высокочастотной модуляции света.

На фиг.1 и 2 показаны два варианта реализации устройства.

Устройство состоит из внешнего проводника 1 и внутреннего проводника 2. Двулучепреломляюиий световод 3 намотан на внутренний проводник

2 виток к нитку, его конец 4 является входным, конец 5 - выгодным. Двухпроводная линия 6 янляется электрическим входом модулятора. На про- ТИЕЮПОЛОЖНОМ конце коаксиальной линии подключена coiласов шная нагрузка 7, В другом варианте МОДУПЯТО- ра (фиг.2) коаксиальная линии пы- попнена в виде резонатора 8 с замкнутыми торцами и элементом возбуждения резонатора 9. Принцип работы устройства может быть пояснен следующим образом.

Если световод расположен под углом ci к направлению СВЧ-волны, для постоянных распространения / и можно записать

СЛ

Јь

to

Ю

оо ю

/ЬГ р, - q cos tf(l - |-С-В Ч Ъ

rf где q - волновой вектор СВЧ-волны,

VC64 и Vr., - фазовая скорость СВЧ волны и групповая скорость света соответственно, или, с учетом того,

что Vcft4 , получи : |Эг- Я cos cf V

Для случая, когда чательно получим1

A-Sr-V-.

Vrp

Из того, что L е чательно запишем: L

гр

J

--- , око

-2f-

/}Г Ра

оконVjM(О

5 f

Легко видеть, что в случае использования коаксиальной линии и плотной намотки (виток к витку) световода 3 на центральный проводник 2 магнитные силовые линии направляются вдоль световода, а угол d близок к 90°, что определяет применимость выражения (I). Все сказанное имеет место при возбуждении в коаксиальной -линии основного типа колебаний - ТЕМ.

«Устройство работает следующим образом. При подаче на электрический вход коаксиальной линии СВЧ-сигнала с частотой Ј в ней возбуждается осно ной тип колебаний ТЕМ. Оптическое излучение, возбужд- мое в одномодо- вом режиме и распространяющееся по световоду 5, взаимодействует с магни ной компонентой СВЧ-волны, о результате чего в световоде 3 возбуждается вторая собственная мода оп-тичес- кого излучения,. При этом возбужденна в процессе взаимодействия оптическая мода с одной стороны имеет ориентацию вектора поляризации, повернутую па 90° относительно первоначальной н с другой, ее частота сдвинута на частоту СВЧ-волны. В устройстве на фиг.1 реализуется бегущий режим СВЧ-волны, при этом в некотором диапазоне возможна перестройка частоты СВЧ-волны. В устройстве на фиг,2 реализуется режим стоячей СВЧ-волны, при этом мощность СВЧ-волны в Q раз, где Q добротность резонатора, выше вводимой мощности. Однако в этом случае полоса частоты Јft в которой

аозможно взаимодействие, существенно уже и определяется из соотношения: f

Эффективность взаимодействия Ц, описывается выражением:

.М

,. л.

.1П--Ш-,

(2)

0

5

0

5

D

35

40

где 10, 1, - интенсивности света, вводимого в волокно и появившегося в процессе взаимодействия соответственно, -у- постоянная Верде материала волоконного световода, численно

равная для SiO 5,8-1 (Г -E-S,

эрст.см.

Н - напряженность магнитной компоненты СВЧ-волны, L ™ длина световода. Из (2) видно, что эффективность пропорциональна интенсивности СВЧ-волны.

В устройстве достигается меньшая площадь волноведущего сечения, следовательно, во столько же раз повышается интенсивность СВЧ-волны. Помимо снижения управляющей мощности данное устройство имеет меньшие габаритные размеры и более простую технологию

изготовления.

1

В качестве примера рассмотрим параметры устройства в условиях; частота СВЧ-волны I ГГц, длина счетовода 100 м. Из (2) для эффективности rj Os5 получим необходимую напряженность поля Н 18 эрст. или Н

1432 ---. Мощность СВЧ-волнн для

М прямоугольного волновода и моды типа

Н, Р

a3b W0H

;г

- ()

4а ;

45

50

55

где а и b - размеры длинной и короткой стенок волновода соответственно, W0 волновое сопротивление вакуума,. Н - напряженность магнитной компоненты поля, Л- длина СВЧ-в олны, Учитывая, что Л 30 см, размеры стенок- а 21 см и Ь 1 см, получаем необходимое значение Р Вт. Для коаксиа тьной линии связь мощности с параметрами линии

Р 1184 - ,

где г, R диаметры внутреннего « внешнего проводников коаксиальной линии соответственно. Для того же значения напряженность магнитного поля Р BTO

Таким образом, как показывает расчет, для данного примера снижение

управляющей мощности достигает величины порядка 70 раз.

Формула изобрете ния

Модулятор оптического излучения, содержащий двулучепреломляющнй волоконный световод, расположенный в СВЧ-волноводе, отличающий- с я тем, что, с целью снижения управляющей мощности СВЧ-сигнала,

нолновоц н1юяиеп я ьпакги.чпьной липни длп ТИП типа колебаний, ,ч цо- локпццмй световод намотан в пило спирали ниток к нитку на внутренний проводник линии и выполнен ич нолок- на с длиной биений Ls, удовлетворяющей условию 1, -:Ј- , 1-де f - члс- 6 t

тота СВЧ-сигналон, Vf - групповая скорость света в волоконном световоде.

Изобретение предназначено для псподь юнания и снгтемлх передачи nud рмацин по полоконнооп i ическим калачам имя вые око мп отпой модуля- гли нет а. Цель изобретения - снижение у||ранлякч1рн MOHUIOLTH СВЧ-сш нала MO,I inn ора . Модч-чятор годрржит коак- и.ии пую линию дпя ГГ.И типа колебании, m внутренний проводник которой H iMOTriH и виде спирали РИТОК к пи-тку диулучеяррломляющпн ночоконныи спето- иод с длиной биений LS, УДОВЛРТИО- угд овин) L ytp/f, i де f - час- ют i (НЧ-гиИМла, Vr()- i рупповая скорость енота н волоконном световоде. Ко,1ьпи1л1-.ная линия МОЖРТ выпол- к н i н виде СВЧ-рпонатор 1. Достонн- Lтиом устройства являемся вотможность модуляции света на высокой частоте при достлточно ниткой управляющей мощное т и. 2 ил.

Фиг1

Фиг.