Реферат: Модулятори оптичних сигналів

Вступ

Однією з найважливіших задач волоконної оптики в зв'язку є модулювання оптичних сигналів, яка потребує використання різніх фізичніх ефектів.

Нижче будуть розглянуто використання акустооптичних і електрооптичних ефектів.

1. Акустооптичнi модулятори

Акустооптичнi модулятори широко використовуються у волоконній оптиці завдяки трьом основним властивостям: можливості переключення луча по двох напрямках; модуляції інтенсивності оптичного променя; можливості зсуву оптичної частоти.

Принцип дії акустооптичного модулятора заснований на залежності показника заломлення ряду оптично прозорих матеріалів від зовнішнього тиску.

Такими матеріалами є (диоксид телуру), (ниобат літію) і (молибдат свинцю). У модуляторах тиск створюється акустичними хвилями (рис. 1), якi генеруються п'єзоелектричним перетворювачем і утворюючими ряд горизонтально орієнтованих ліній з однаковим показником заломлення, так звана дифракційна решітка Брегга.

Рисунок 1 – Дифракційна решітка Брегга

Дана решітка забезпечує часткове відбиття вхідного променя і переміщається з акустичною швидкістю .

При цьому вхідний і вихідний промені мають той самий кут нахилу до поверхні, однак новий напрямок луча має місце тільки при визначених кутах (кутах Брегга). Коли крок решітки дорівнює оптичній довжині хвилі в матеріалі, досягається інтерференція всіх часткових хвиль, у цьому випадку

, (1)

де і – швидкість поширення і довжина акустичної хвилі;

– частота генератора акустичної хвилі; – кут Брегга в кристалі;

т – порядок переломленого променя; – довжина оптичної хвилі в повітрі; n – показник заломлення кристала, рівний 5.18 для і 5.26 для . Швидкість поширення хвилі для даних кристалів, відповідно, дорівнює 3630 м/с і 4260 м/с.

За межами кристалу найбільший інтерес представляє кут Брегга першого порядку, що може бути обчислений з вищенаведених рівнянь за допомогою закону Снеллiуса, застосованого до межи між кристалом і повітрям

(2)

Звідси видно, що в даному виразу вiдсутнiй показник заломлення, тому при фіксованій швидкості акустичної хвилі кут Брегга виявляється залежним тільки від частоти генератора акустичної хвилі й оптичної довжини хвилі. Типові кути Брегга становлять значення близько 1°, тому для поділу променів необхідно використовувати горизонтальну структуру модулятора.

Для модуляції інтенсивності відхиленого оптичного променя потужність генератора акустичних коливань повинна модулюватися по амплітуді, а переключення досягається шляхом вмикання і вимикання сигналу генератора.

При цьому інтенсивність дифрагованого луча пропорційна акустичної потужності, показнику якості матеріалу (М₂ ), геометричним розмірам (L/Н), і обернено пропорційна квадрату довжини хвилі, тобто

(3)

З останнього виразу видно, що акустооптичний модулятор має нелінійну функцію перетворення (рис. 2), яка представляється зазвичай у вигляді

, (4)

де – частота модуляції, – тривалість фронту наростання акустичної хвилі.

Рисунок 2 – Нелінійна функція перетворення акустооптичного модулятора

Як видно з даної залежності, для здійснення аналогової модуляції потрібен зсув робочої точки в лінійну область, забезпечуючи тим самим необхідне значення контрастності і глибини модуляції лазерного випромінювання, що визначаються відомими виразу

, (5)

, (6)

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--