2.4. МОДУЛЯЦІЯ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Використання лазерного випромінювання в оптоелектроніці вимагає
накладення на несучий промінь сигналу, що містить інформацію, що передається.
Модуляція лазерного випромінювання - це зміна одного або декількох параметрів випромінювання за заданим законом у просторі та/або в часі.
Закон зміни модульованого параметра зазвичай відповідає інформації, що передається. Введення інформації в лазерне випромінювання можливе різними способами. Можна модулювати інформаційним сигналом інтенсивність випромінювання, частоту, фазу та поляризацію. Найбільше застосування має амплітудна модуляція простоти конструкції відповідних пристроїв. Одним з важливих параметрів модулятора є глибина модуляції, яка визначається амплітудним значенням вихідного сигналу:
m = (E max - E min )/(E max + E min )
Серед модуляційних пристроїв можна виділити:
1. Модулятори - пристрої для зміни за заданим законом у часі одного або кількох параметрів лазерного випромінювання.
2. Дефлектори - пристрої для зміни у часі положення пучка лазерного випромінювання.
3. модулятори-пристрої зміни в часі просторового розподілу інтенсивності, фази чи поляризації пучка лазерного випромінювання.
2.4.1. Фізичні основи модуляції лазерного випромінювання
У модуляційних пристроях когерентної оптоелектроніки використовуються електрооптичні, магнітооптичні та фотоефекти.
Електрооптичні ефекти характеризуються виникненням оптичної анізотропії в речовині під впливом зовнішнього електричного поля, внаслідок чого змінюється діелектрична проникність та показник заломлення речовини. Електрооптичні ефекти супроводжуються явищем подвійного променезаломлення, тобторозщепленням світла, що проходить, на два промені. Ці промені, звані звичайним і незвичайним, поширюються з різними швидкостями і по-різному поляризовані. Якщо в кристалі виділити два взаємноперпендикулярні напрямки X і Y, то показники заломлення світла вздовж кожного з них можуть бути різними. Такі кристали називають двовісними. Кристали, у яких показники заломлення у зазначених напрямках однакові, називаються одновісними. При поширенні світла вздовж осі Z в одновісному кристалі швидкість світла не залежить від характеру поляризації. Якщо ж до кристала прикласти електричне поле, то рівність показників заломлення порушується і кристал стає двовісним. Показник заломлення для звичайної хвилі по осі Z змінюється лінійно з напруженістю електричного поля:
n o (E) = n o + r n E
де r n - електрооптична постійна Поккельса, n o - показник заломлення у відсутності поля, Е - напруженість електричного поля.
Це називається лінійним електрооптичним ефектом чи ефектом Поккельса . Під впливом зовнішнього поля одновісний кристал
набуває властивостей двовісного і при проходженні в ньому світловою хвилею деякої відстані l виникає різниця фаз між звичайним і незвичайним променями:
Δϕ = 2πn 3 r n El/λ
В результаті поляризація вхідних та вихідних сигналів виявляється різною.
Знаходить застосування в електроніці та оптоелектронний ефект Керра,
згідно з яким показник заломлення пропорційний квадрату напруженості електричного поля:
n про (E) = n про + r до E 2
де r до - електрооптична постійна Керра.
Зсув фаз між оптичними сигналами з відривом l описується
Δϕ = 2πr до E 2 l
Магнітооптичний ефект - це зміна оптичних властивостей речовини під дією магнітного поля. Лінійно поляризована хвиля може бути представлена у вигляді суми двох хвиль різної поляризації. У магнітному полі показники заломлення цих двох хвиль відрізняються, тому після проходження деякої відстані l виникає різниця фаз цих хвиль, рівна:
Δϕ = ω l ( n 1 − n 2 )
Різниця показників заломлення пропорційна індукції
Серед фотоефектів
до зміни оптичних ха -
рактеристик речовини, можна виділити фотохромний ефект (зміна забарвлення чи прозорості речовини під дією світла); фотокристалічний ефект (кристалізація аморфної речовини під дією світла) та ефект фотопровідності, розглянутий вище.
2.4.2. Оптичні модулятори
Оскільки фотоприймачі реагують на інтенсивність випромінювання,
Найбільш простим типом модуляції є модуляція інтенсивності випромінювання. При використанні інших типів модуляторів необхідно перетворення сигналу в модульований за інтенсивністю. Модуляція лазерного випромінювання може бути зовнішньою та внутрішньою. Внутрішня
модуляція в напівпровідникових лазерах здійснюється за рахунок зміни режиму накачування. Вона дуже проста та ефективна, але призводить до деякого погіршення параметрів лазерного випромінювання.
Розглянемо пристрій електрооптичного модулятора (Рис.2.9).
Основу його складають два кристали однакових розмірів із взаємно перпендикулярними кристалографічними осями. Це забезпечує компенсацію температурних ефектів. Змінюючи керуючу напругу на кристалах, можна регулювати фазу вихідного сигналу стосовно вхідного.