Магнитооптический модулятор света Советский патент 1992 года по МПК G02F1/09 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, к модуляторам света.

Известен модулятор инфракрасного излучения,использующий эффект Фарадея в желе- зоиттриевом гранате, в котором замыкание магнитного контура от поля одной катушки осуществлено подковообразной деталью из мягкой стали.

Недостатками этого модулятора являются сравнительно большие управляющие токи и размеры, ограничение по верхней допустимой частоте модуляции света (менее 3 кГц) из-за нагрева стали вихревыми токами, температурная зависимость модуляции света.

Известен фарадеевский модулятор света, в котором управляющая катушка размещена в кольцевой выточке внутри кристалла железойттриевого граната так, что замыкание магнитного потока происходит в самом кристалле. Ось катушки совпадает с направлением распространения света. На пути света установлены узкополосный фильтр, поляризатор, кристалл, анализатор, скрещенный с поляризатором.

Недостатком этого модулятора является температурная зависимость коэффициента модуляции света.

Целью изобретения является температурная стабилизация коэффициента модуляции светового потока.

Цель изобретения достигается тем, что в известном магнитооптическом модуляторе света, содержащем последовательно ус- тановленные узкополосный фильтр, скрещенные поляризатор и анализатор, между которыми введен магнитооптически активный кристалл с кольцевой внутренней выточкой, заполненной управляющей катушкой, подключенной к задающему генератору, во внутренней выточке кристалла размещена дополнительная катушка обратной связи, подключенная к регулируемому

СО

С

vi

ю

00 00

J

блоку питания, соединенному с задающим генератором. Это стабилизирует в диапазоне температур коэффициент модуляции светового потока. Температурная стабилизация достигается изменением сигнала во второй катушке обратной связи и регулировкой управляющего тока в первой катушке, подключенной к задающему генератору.

На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого модулятора; на фиг. 2 - электрическая блок-схема модулятора; на фиг. 3 - электрическая схема регулируемого блока питания и задающего генератора; на фиг. 4 - характеристика усилителя, входящего в состав регулируемого блока питания; на фиг. 5 - конструкция конкретного сердечника из железоиттриевого граната.

На пути света установлены узкополосный фильтр 1, поляризатор 2, магнитооптически активный кристалл из двух секций 3 и 4 с внутренними кольцевыми выточками в каждой. Выточки заполнены управляющей катушкой 5 и катушкой 6 обратной связи. Далее установлен анализатор 7, скрещенный с поляризатором 2. Катушка 6 обратной связи подключена к регулируемому блоку 8 питания, соединенному с задающим генератором 9.

На фиг. 3 обозначены: диодный мост 10, входная клемма 11 усилителя 12 (микросхема К544УД1А), стабилитрон 13(2С156А), резисторы 14 и 15(например, по 10к),резистор 16 (например, 1 к), выходная клемма 17 регулируемого блока питания, мультивибратор 18, эмиттерный повторитель 19.

На фиг. 4 обозначены: DBX- напряжение на клемме 11, иВых- напряжение на клемме 17.

Модулятор работает следующим образом.

Фильтр 1 используется для повышения кратности модуляции света, так как удельное фарадеевское вращение зависит от длины волны света.

При отклонении температуры кристалла и катушек 5 и 6 от исходной (комнатной) изменяются магнитные свойства кристалла и коэффициент передачи сигнала между катушками 5 и 6. Следовательно, в катушке б обратной связи изменяется сигнал. Обратная связь на восстановление уровня сигнала в катушке 6 идет через регулируемый блок 8 питания на задающий генератор 9.

Проверка работы модулятора при разомкнутой обратной связи при изменении температуры проведена следующим образом.

Излучение от полупроводникового лазера с излучаемой длиной волны света 1,35 мкм, сформированное линзой в слаборасходящийся пучок света, посылается через поляризатор, модулятор на железоиттриевом гранате (фиг. 5) и анализатор на германиевый фотодиод. Оси поляризатора и анализатора относительно развернуты на 45°. На двухлучевом осциллографе регистрируются сигналы от германиевого фотодиода и с катушки б обратной связи. В катушках 5 и 6 по двадцать витков провода. Управляющая ка0 тушка 5 запитывается синусоидальным сигна- лом от звукового генератора. На цилиндрической поверхности железоиттриевого граната намотано три витка нихромовой проволоки диаметром 0,2 мм. Изменение

5 температуры кристалла производится изменением тока через нихромовую проволоку. Результаты экспериментов представлены в таблице.

0 Результаты свидетельствуют о хорошей корреляции сигнала от катушки 6 с коэффициентом модуляции света в зависимости от температуры кристалла.

При указанных номиналах резисторов

5 зависимость Увых f(UBx) приведена на фиг. 4.

Числа витков обмоток 5 и 6 подбираются такими, что при комнатной температуре напряжение DBX на клемме 11 и опорное

0 напряжение со стабилитрона 13 равны 6 В. Поэтому на клемме 17 ивых 6 В. Напряжение Увых с клеммы 17 является напряжением питания мультивибратора 18 и эмиттерного повторителя 19, т.е. именно ве5 личина DBX определяет амплитуду меандра на обмотке катушки 5.

При изменении температуры амплитуда напряжения на обмотке 6 изменяется. Если вследствие этого напряжение Uax на клемме

0 11 понижается, то на клемме 17 напряжение Увых повышается, т.е. повышается амплитуда меандра на обмотке катушки 5. Это повышает напряжение на обмотке катушки б так, что Uax становится равным напряжению на

5 стабилитроне 13. Это устойчивое состояние. С помощью соотношения величин резисторов 14 и 15 обратная связь между обмотками экспериментально подбирается для конкретного сердечника 3 и 4, т.е. для конк0 ретной зависимости характеристик модулятора от температуры.

Мультивибратор может быть выполнен, например, на микросхеме К564АГ1.

Преимуществами предлагаемого моду5 лятора, помимо температурной стабилизации коэффициента модуляции, являются компактность оптической схемы и малое энергопотребление. Температурная ста- бильнрсть модулятора позволяет повысить класс точности оптической измерительной аппаратуры, в которой он используется.

Формула изобретения

Магнитооптический модулятор света, содержащий последовательно оптически связанные узкополосный фильтр, скрещенные поляризатор и анализатор, между которыми расположен магнитооптический активный кристалл Y3.FesOi2 с кольцеобразной внутренней выточкой, в которой распо0

ложена катушка, подключенная к задающему генератору, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности коэффициента модуляции света, во внутренней выточке кристалла размещена дополнительная катушка обратной связи, подключенная к регулируемому блоку питания, соединенному с задающим генератором.

Сущность изобретения: термостабильность магнитооптического модулятора на основе ферритового элемента из YaFesOia с катушкой, расположенной в кольцеобразной выточке в кристалле, достигается формированием цепи обратной связи из регулируемого источника напряжения, питающего задающий генератор модулятора. Причем управляющий сигнал формируется дополнительной катушкой связи, расположенной в той же выточке. Эффективность цепи обратной связи обусловлена тем, что термический коэффициент оптической модуляции монотонно зависит от термического коэффициента изменения коэффициента взаимоиндукции катушек связи и управляющей, 5 ил., 1 табл.

Фиг. 1

Фиг.1