3.1.2. Характеристики и параметры оптических модуляторов

Независимо от принципа действия оптические модуляторы характеризуются рядом параметров: глубиной модуляции сигнала, оптическими потерями, полосой прозрачности, полосой модулируемых частот, удельной потребляемой мощностью, значением управляющего напряжения и др.

Если Фmin обозначить интенсивность света, прошедшего через модулятор в отсутствие управляющего сигнала (при полном затемнении), а Фmах — при его подаче (при полном просветлении), то глубина (степень) модуляции определяется как

(3.6)

Под глубиной модуляции часто подразумевают также отношение Фmах к Фmin, которое обычно выражают в децибелах:

(3.7)

Если Фmin ≈ 0, модулятор можно использовать в качестве оптического затвора (светоклапана), т. е. устройства, включающего-выключающего свет.

Оптические потери модулятора или затвора характеризуют отношением интенсивности света Ф0 в отсутствие устройства к его значению Фmax при полном просветлении модулятора и тоже выражают в децибелах:

(3.8)

Полоса прозрачности определяет спектральный диапазон излучения, проходящего через модулятор без заметного ослабления.

Под полосой пропускания Δf модулятора подразумевают диапазон частот модуляции, в котором он может работать. Обычно Δf определяется как разность верхней fв и нижней fн частот и, поскольку fв >> fн, то Δffв. Оптический затвор характеризуют также временем срабатывания (быстродействием), которое по порядку величины близко к / fв -1.

Для модуляции затрачивается энергия, причем тем большая, чем больше Δf. Поэтому в качестве характеристики модулятора вводится параметр, определяемый потребляемой мощностью на единицу полосы частот модуляции (обычно выражается в милливаттах на мегагерцы).

В случае скрещенных поляризаторов на входе и выходе модулятора амплитуда прошедшей световой волны пропорциональна sinφ, где φ — угол поворота плоскости поляризации, обусловленного приложением напряжения U, a интенсивность света на выходе

, (3.9)

где Uλ/2 — так называемое полуволновое напряжение, равное такому U, при котором достигается максимальное светопропускание устройства, т. е. когда фаза выходящего света изменяется на π.

Электрооптические модуляторы получили широкое распространение. Эффективными материалами для таких устройств являются: ниобат лития LiNbO3 с областью прозрачности 0,4 — 4,5 мкм, танталат лития LiTaO3 (0,4 — 5 мкм), титанаты бария и висмута (ВаТiO3 и Bi4Ti3O12), ниобат и танталат калия (KNbO3 и КТаО3), а также КТаxNb1-xO3 (KTN) (0,5–4,5 мкм). Применяются также такие «классические» электрооптические материалы, как дигидрофосфат калия КН2РО4 (сокращенное обозначение KDP) и его дейтерированная модификация KD2PO4 (DKDP) с областью прозрачности 0,3 — 1,2 мкм, дигидрофосфат аммония NH4H2PO4 (ADP), ди- гидроарсенид аммония NH4H2AsO4 (ADA) и многие другие материалы.

В магнитооптических модуляторах используют ферромагнитные материалы, в частности ферриты, сочетающие в себе ферромагнитные и полупроводниковые (диэлектрические) свойства и представляющие собой сложные оксиды железа и некоторых других элементов. Некоторые их разновидности широко применяют для покрытия лент магнитофонов и видеомагнитофонов. Могут использоваться многие разновидности ферритов, в частности железоиттриевый гранат Y3Fe5O12, алюмоиттриевый гранат Y3A15O12 (ИАГ), другие материалы (BixY1-xFe5O12, Y2BiFe3, 8Ga1,2O12), прозрачные в красной и ближней инфракрасной областях спектра.

В оптических модуляторах могут также использоваться многие другие эффекты, описанные в последующих разделах главы.

Введение в оптоэлектронику


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.