МНОГОПРОХОДНЫЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР
MULTIPLE-PASS ELECTROOPTIC PHASE MODULATOR

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к устройствам управления параметрами оптического излучения, и может быть использовано в устройствах обработки оптической информации.
Известен электрооптический фазовый модулятор на продольном электрооптическом эффекте (А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. С.298), включающий электрооптический кристалл с нанесенными на входную и выходную стороны прозрачными электродами, подключенными к разноименным полюсам источника напряжения.
Недостатком данного устройства является высокое управляющее напряжение, необходимость значительного увеличения размеров модулятора для увеличения длины пути, проходимого световым пучком в электрооптическом кристалле.
Известен электрооптический фазовый модулятор на поперечном электрооптическом эффекте (А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. С.303), включающий электрооптический кристалл с нанесенными на боковые поверхности электродами, подключенными к разноименным полюсам источника напряжения, отличающийся тем, что снижение управляющего напряжения производится увеличением длины пути, проходимого световой волной в электрооптическом кристалле.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая эффективность снижения управляющего напряжения за счет увеличения длины электрооптического кристалла по сравнению с многопроходными модулирующими системами, необходимость увеличения размеров устройства для снижения полуволнового напряжения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многопроходный электрооптический модулятор когерентного излучения (А.с. №869478 А1, МПК G02F 1/03, опубл. 07.07.91), содержащий электрооптические кристаллы с расположенными на них электродами, отличающийся тем, что модулятор выполнен в виде сборного моноблока, содержащего основание, к торцу которого прикреплена бипризма с расположенной на ней согласующей оптикой, на противоположной стороне основания размещены электрооптические кристаллы с окнами для ввода и вывода излучения, выполненные в виде пластин, торцы которых имеют форму сферических поверхностей с радиусом, равным длине пластин.
Недостатком данного устройства являются сложность конструкции, значительные масса и габариты, необходимость взаимного согласования множества дискретных элементов устройства. Кроме того, в данном устройстве для резкого снижения управляющего напряжения необходимо значительное увеличение количества дискретных оптических модуляторов, т.е. усложнения конструкции и ее настройки.
В основу изобретения поставлена задача снижения управляющих напряжений, упрощения конструкции, уменьшения массы и габаритов фазового модулятора.
Данная задача решается за счет того, что в многопроходном электрооптическом модуляторе, включающем источник напряжения, электрооптический кристалл в виде пластины с нанесенными на пару противолежащих сторон электродами, подключенными к разноименным полюсам источника напряжения, согласно изобретению, по крайней мере, две стороны кристалла выполнены в виде отражающих профилей, обеспечивающих многократное прохождение светового пучка в пределах электрооптического кристалла, с возможностью введения светового пучка в кристалл так, что свет попадает на одну из профилированных сторон, имеющих отражающие треугольные вырезы. Отражающие профили могут быть выполнены в виде равнобедренных прямоугольных треугольников.
Схема устройства приведена на фиг.1, где 1 - входящий световой пучок, 2 - электрооптический кристалл, 3 - профилированные стороны, обеспечивающие многократное отражение световой волны в пределах электрооптического кристалла, 4 - выходной световой пучок, 5 - управляющие электроды, подключенные к разноименным полюсам источника напряжения, 6 - источник напряжения.
Устройство работает следующим образом.
Световой пучок 1 вводится в электрооптический кристалл 2 и попадает на одну из отражающих профилированных сторон 3. Далее световой пучок отражается от нее и направляется на другую отражающую профилированную сторону, которая затем вновь перенаправляет пучок на первую отражающую сторону, частично смещая световой пучок к выходу устройства. Таким образом, система, состоящая из, по крайней мере, двух отражающих профилированных сторон, с возможностью введения светового пучка в кристалл так, что свет попадает на одну из профилированных сторон, имеющих отражающие треугольные вырезы, обеспечивает многократное прохождение светового пучка в пределах электрооптического кристалла между входом и выходом устройства.
Световой пучок, прошедший электрооптический кристалл 2, приобретает фазовый сдвиг, пропорциональный величине модулирующего напряжения, приложенного к электродам 5, и длине пробега светового луча. Связь между величиной управляющего напряжения и глубиной фазовой модуляции будет определяться геометрией электродов и профилированных отражающих сторон, размером, материалом и ориентацией электрооптического кристалла, поляризацией модулируемой световой волны.
В общем случае многопроходный фазовый модулятор может содержать до 4 отражающих сторон в плоскости (фиг.2), что позволяет снизить управляющее напряжение по сравнению с модулятором, содержащим две отражающие стороны.
Пример. Пусть электрооптический кристалл выполнен в виде пластины с размерами 20×20×1 мм. Управляющие электроды нанесены на пару противоположных сторон размером 20×20 мм. На двух противоположных сторонах размером 20×1 мм выполнены отражающие вырезы в виде прямоугольных треугольников с углами 45° и 90° и размером основания 2 мм, обеспечивающие параллельный перенос светового пучка в пределах кристалла (фиг.3). Длина пути L, проходимого световым пучком в электрооптическом кристалле между входом и выходом устройства, составит:
где l - длина электрооптического кристалла, м; b - ширина кристалла, м; h - высота треугольного выреза, м; N - число треугольных вырезов на отражающих профилированных сторонах.
Подставляя в выражение (1) численные значения b=l=0,02 м, h=1 мм, N=20, получим величину пути L=390 мм. Для создания равного оптического пути (т.е. обеспечения равного управляющего напряжения) в прототипе потребовалось бы 3 электрооптических кристалла длиной 32,5 мм каждый с нанесенными 3 парами управляющих электродов, 10 согласующих линз.
Таким образом, в приведенном примере продемонстрировано упрощение конструкции, уменьшение массы и габаритов фазового модулятора по сравнению с прототипом при равенстве управляющих напряжений. Очевидно, что для равных размеров заявляемого устройства и устройства-прототипа предложенная конструкция фазового модулятора будет обладать меньшими управляющими напряжениями.