Устройство для однополосной модуляции Советский патент 1982 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к оптическим модуляторам и может быть использовано в схемах оптического гетеродинироваиия в системах связи и в измерительных устройствах.

Известно устройство для получения однополосного сигнала, содержащее два поляризатора, две четвертьволновые пластинки, электрооптический кристалл с двумя парами электродов, источник модулирующего сигнала и фазовращатель 1 .

Недостатком такого устройства является сложность создания вращающего-. ся модулирующего электрического поля З11ачительной величины, а также необходимость использования однородных элеактрооптических кристаллов, для которых имеет место минимальная деформац;1Я элипсоида показателей преломления при вращении однородного электрического поля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения однополосной модуляции, содержащее два фазовых модулятора, выполненные из электрооптических кристаллов, развернутых на 90, причем один из модуляторов подключен непосредственно к источнику управляющего напряжения, а другой через фазовращатель 2.

К его недостаткам относится узкий динамический диапазон модулирующих частот.

Целью изобретения является .расширение динамического диапазона модулирующих частот.

10

Это достигается за счет того, что в устройство для однополосной модуляции, содержащее два фазовых модулятора, выполненных из злектрооптических кристаллов развернутых на 90,

15 причем один из модуляторов подключен .непосредственно к источнику управляющего напряжения, а другбй - через фазовращатель, дополнительно введены источник постоянного напряжения, приз20ма Волластона и интерферометр, состоящий из двух полупрозрачных и двух глухих зеркал, в котором между полупрозрачным и зеркалами, а так же между глухими зеркалами установлено по од25ному фазовому модулятору, при этом оба фазовых модулятора дополнительно подключены к источнику постоянного напряжения, а призма Волластона расположена после полупрозрачного зерка30ла на выходе интерферометра. На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 - взаимная ориентация кристаллов в модуляторах и призмы Волластона. Устройство содержит лазер 1 с лучом 2, интерферометр, состоящий из двух полупрозрачных зеркал 3 и 4 и двух глухих зеркал 5 и б, фазовый модулятор 7, расположенный в одном из плеч интерферометра на пути луча 8, и фазовый модулятор 9 - на пути луча 10, источник управляющего сигнала 11 фазовращатель 12, источник постоянного напряжения 13, призму Волластона 14, которая расщепляет луч 15 на два луча 16 и 17. Устройство работает следующим обратом. Лазер 1 излучает линейно поляризованное излучение 2, которое направляется в интерферометр. Оси электрооптических кристаллов фазовых модуляторов 7 и 9, работающих на поперечном электрооптическом эффек те, и призмы 14 по отношению к плоскости поляризации луча 2 ориентируются, как показано на фиг.2 Управляющее синусоидальное напряжение от источника модулирующего сигнала 11 подается на модулятор 9 и, кроме того, через фазовращатель 12 на.модулятор 7. Причем управляющие напряжения, сдвинутые по фазе на 90°, прикладываются вдоль оси кристалла 001 как в модуляторе 7, так и в модуляторе 9 Одновременно на кристаллы модуляторов 7 и 9 подается постоянное напряжение от источника постоянного напряжения 13, обеспечивающее 90° сдвиг по фазе между двумя взаимно ортогональными компонентами луча 15, после смещения лучей 8 и 9 на выходе интерферометра Для того, чтобы разность фаз, связанная с электрооптическим эффектом, суммировалась, необходимо соблюдать соответствующую полярность напряжения подаваемого на кристаллы модуляторов 7 и 9. Особенностью схемы является автоматическое соблюдение условий температурной компенсации естественного двулучепреломления, которое имеет место, при выбранной ориентации осе двух электрических кристаллов одинако вой геометрической формы. Таким образом, при одинаковом уходе температуры кристаллов модуляторов 7 и 9, разност фаз, связанная с естественным двулуче преломлением, равна нулю. Если изменяется длина волны излучения лазера 1, то необходимо с помощью регулируемого источника постоянного напряжения 13 установить такое напряжение, подаваемое на кристаллы модуляторов 7 и 9, чтобы после призмы Волластона 14 в направлении луча 16, соответствующем линейно поляризованной компоненте вдоль оси ОУ {фиг.1), излучение отсутствовало. После этого необходимо подать постоянное напряжение на кристаллы от источника 13, уменьшив его предварительно в два раза при помощи образцового делителя напряжения, и затем включить источник модулирующего сигнала 11. В рассматриваемом устройстве каждый из модуляторов 7 и 9 осуществляет фазовую модуляцию соответствующей компоненты излучения, поэтому постоянная фазовой девиации определяется, например, для электрооптических кристаллов, принадлежащих к классу 42 m выражением Ф L к - гп J ,где HQ - показатель преломления для обыкновенной волны; , - электрооптический коэффициент;V - амплитуда модулирующего напряжения,I - длина кристалла; d - толщина кристалла. Известно, что выражение для спектра колебания с фазовой модуляцией, можно представить в виде рядов функции Бесселя первого рода, который содержит члены, соответствующие несущей частоте ш лазера, и бесконечное число членов, соответствующих частотам верхней и нижней боковых полос, кратных модулирующей частоте ио|д, амплитуды составляющих которых зависят от функции Бесселя, аргументом которых является постоянная фазовой девиации ф . Если постоянная фазовой девиации Ф мала, , то заметное значение имеют амплитуды несущей и первых боковых полос. Поэтому очевидно, что в этом случае после призмы Волластона 14 в направлении 17 будет распространяться излучение с подавлением одной боковой полосы, спектр которого содержит частоты (лз -и(Юц-ш) . В устройстве возможно расширить динамический диапазон модулирующих частот от 0,1 до 100 МГц. Кроме того, устройство можйо использовать при изменении длины волны излучения, используемого для однополосной модуляции, для этого необходимо только изменить величину постоянного напряжения, подаваемого на кристаллы фазовых модуляторов. Устройство может найти применение при осуществлении систем оптической связи, а также в измерительных устройствах, например, применяемых в авиации: в многокомпонентных лазерных допплеровских измерителях скорости, работающих одновременно на нескольких длинах волн.

Формула изобретения

Устройство для однополосной модуляции, содержащее два фазовых модулятора, выполненных из электрооптических кристаллов, развернутых на 90, причем один из модуляторов подключен к источнику управляющего напряжения непосредственно, а другой - через фазовращатель , отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона модулирующих частот, в него дополнительно, введены источник постоянного напряжения, призма Волластона и интерферометр, состоящий из двух полупрозрачных и двух глухих зеркал, в

котором между полупрозрачными зеркалами, а также между глухими зеркалами установлено по одному фазовому модулятору , причем эти модуляторы подключены к источнику постоянного напряжения, а призма Волластона расположена после полупрозрачного зеркала на выходе интерферометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1.Патент США 3204104, 50-199, опублик. 1965, ,

2.Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света.

., Наука, 1970, с.37-38 (прототип):

L v«

. 3 flfvim

Dfff О фиг .1