Файл: Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие].pdf

/

IDO

Начальная часть этой характеристики до первого максимума представлена на рис. 5 .5 .

Из рисунка 5.5 видно, что при работе без смещения модуляция света получается с двойной частотой при боль­ ших нелинейных искажениях. Средняя же частота характерис­ тики более линейна. Поэтому для уменьшения искажений модулированного светового потока Применяют смещение Ип . Нелинейные искажения при глубине модуляции порядка 90% составляют около 8%,

Для повышения линейности модуляционной характерно- / тики применяют так называемую трехэлектродную ячейку ' ■ Керра, которая представляет собой две ячейки, соединен­ ные последовательно. Их параметры и величины поляризую­ щих напряжений одинаковы, а модулирующие напряжения раз­ личны. С такими ячейками нелинейные искажения удается снизить до 2-3% при той же глубине модуляции.

Простота способа детектирования является в ряде

ш

таллу о помогаю решетчатых электродов 5 подводится моду­ лирующее напряжение,, При скрещенном положении анализатора 6 и отсутствии напряжения свет через такую систему не прохо^т. При подаче напряжения к электродам 5 кристалл

X - электрооптический коэффициент кристалла;

По - показатель преломления для обыкновенного

«Уча;

и- модулирующее напряжение.

Статическая модуляционная характеристика модулятора аналогична модуляционной характеристике модулятора с ячейкой Керра. Поэтому для нормальной работы модулятора требуется смещение. Однако подача поляризующего напря­ жения на кристалл для смещения рабочей точки не выгодна, та‘к как величина поляризующего напряжения, например для АДР, должна быть около 6,5 кв, а кристаллическое напря­ жение, при котором первый раз Фц - фп , составляет 9,45 кв. На практике для смещения рабочей точки Поль- •' зуются не поляризующим напряжением, а четвертьволновой' пластинкой. В этом случае для модуляции света на крис­ талл подается толх.ко модулирующее напряжение.

Нелинейные искажения модулятора, равны примерно 4%. При применении сдвоенной ячейки Ноккельса, наподобие сдвоенной ячейки Керра, нелинейные искажения удается снизить до 0,15%.

153

Световой поток в этом модуляторе используется еще хуже, чем в модуляторах с ячейкой Керра,чтак как свет задерживается дополнительно электродами, нанесенными на кристалл. Модулятор пропускает на поляризатор 15$ от светового потока, падающего на поляризатор.

Модулятор может работать во всей видимой части спектра и в ближней -инфракрасной зоне. Температурный ре­ жим кристаллов АДР и КДР ограничен ввиду их механической и химической нестойкости.

Высшая частота модуляции ограничивается сильным рос­ том диэлектрических потерь при больших амплитудах подво­ димого к кристаллу напряжения, при которых он быстро на­ гревается и быстро разрушается. Поэтому сверху рабочая по­ лоса частот ограничивается величиной 3 - 5 Мгц. Можно значительно расширить полосу модулятора за счет умень­ шения амплитуды напряжения возбуждения. Но тогда моду­ лятор будет иметь мЯлую глубину модуляции.

Рассмотрим работу модулятора, основанного на исполь­

направлении магнитных силовых линий. Угол поворота опре­

Коэффигиент К имеет малую величину. Поэтому для уве­ личения угла поворота плоскости поляризации длина среды С и напряженность магнитного поля Н должны быть достаточно.большими.

154

Схема стоического модулятора, построенного на ис~ пользовании эффекта Фарадея, аналогична схеме рис. 5 ,4 . Отличие заключается в том, что на вещество, расположен­ ное между линаами, действует не электрическое, а модули­ рующее магнитное поле.

Световой поток на выходе модулятора характеризует­ ся уравнением

ния напряженности магнитного поля соответственно:

Рис. 5.7-. Статическая модуляционная характеоиотика модулятора, основанного на эффекте Фарадея

Статическая модуляционная характеристика модулято­ ра представлена на рис. 5.7, из которого видно, что при f отсутствии поля коэффициент пропускания модулятора равен 0 ,5, Формула (5.8)1 показывает, что в зависимости от направ­ ления поля напряжения плоскости поляризации будут разными. Поэтому в одном направлении поля пропускание системы бу­ дет увеличиваться, а при другом - уменьшаться, что на­ ходится в полном соответствии с уравнением (5 ,6 ).

155

Отметим» что направление вращения плоскости поля»* ризации зависит только от направления магнитного поля, но не зависит.от направления распространения света£ Этот факт может быть использован для увеличения глубины моду­ ляции путем многократного пропускания одного и того не луча через активную среду модулятора при многократном отражении от зеркал, установленных по концам объема,о активным веществом. Однако это приводит к большим поте­ рям овета. '

■ Полоса частот модулятора, основанного на эффекте Фарадея, монет достигать I Ггц. Однако практически весь этот диапазон нельзя реализовать в одной установке из-за трудностей создания генератора напряжения для питания электромагнитного устройства, возбуждающего модулятор света в широком диапазоне частот и на высоких частотах. На не очень высоких частотах, где возможно создание ге­ нератора, можно осуществить стопроцентную глубину моду­ ляции. Однако при этом будут значительные нелинейные искажения. При глубине модуляции 95% искажения дости­ гают 7%^при глубине модуляции 50% - 1%.

Потери света в этом модуляторе составляют не менее 70%.

Модулятор не подвержен механическим воздействиям, его конструкция виброустойяива. Однако нагрев электро­ магнитной системы затрудняет создание модулятора с ма­ лыми габаритами.

Остановимся на одном из внутренних методов ампли­ тудной модуляции лазера.

В газовых лазерах непрерывного генерирования на смеси гелия и неона, возбуждаемых высокочастотной накач­ кой, можно осуществить модуляцию воздействием на генера­ тор накачки. Если обычными радиотехническими методами промодулировать по амплитуде высокочастотные колебания генератора накачки, то световые колебания лазера токе

оказываются проыодулираванными по амплитуде. Частота мо~ дулядии невысока» Ока ограничивается инерционностью га­ зового разряда в лазере и полосой пропускания генератора накачки»

Частотная модуляция оптического квантового генератора может быть осуществлена на основе использования Эффекта Зеемана, эффекта Штерна и другими методами.

Эффект Зеемана заключается в том, что если на актив­ ную среду, излучающую когерентный свет в виде одной спектральной линии частоты с линейной поляризацией, воз­ действовать магнитным полем, то в излучении, направлен­ ном вдоль магнитного поля, спектральная линия раздваи­ вается, образуя дублет с лравой и левой поляризацией. Частота световых колебаний с правой круговой поляризаций

оказывается равной (rfo+aCJ , а с левой поляризацией Uo-aCJo, Величина смещения частоты й($. пропорциональна напря­ женности магнитного поля. Эффект Зеемана проявляется в некоторых газовых средах (например, в смеси гелия и неона) и твердых кристаллических средах (например, в ру­ бине).

Недостатком этого метода является то, что для по­ лучения достаточно большой девиации частоты требуется сильное магнитное поле, а следовательно, сложные и гро­ моздкие модуляторы.

Для модуляции лазеров по частоте можно использовать эффект/ Штарка, заключающийся в расщеплении энергети­ ческих уровней, т .е . в увеличении числа выходных спек­ тральных линий яр:; приложении электрического поля к активному материалу лазера.

Величина смещения зависит от интенсивности электри­ ческого поля; частотный сдвиг может быть приближенно рассчитан из выражения

1Ь7

&(J--tS3-i0nE,

где Е - напряженность электрического поля '

п - главное квантовое число*

Для широкополосной модуляции требуются очень силь­ ные электрические поля. Реализация модуляции сталкивает­ ся с большими техническими трудностями, связанными с не­ обходимостью одновременной подачи на кристалл СВЧ поля и поля подсветки.

Фазовая модуляция. Для осуществления фазовой моду­ ляции излучения оптического квантового генератора монет быть использована зависимость скорости распространения необыкновенного луча в электрооптической среде от при­ ложенного к ней электрического поля.

Если луч света пропускать через электрооптическую среду, на которую воздействует модулирующее электричес­ кое поле, то на выходе ореды световая волна, образован­ ная необыкновенным лучом, будет модулирована по фазе вследствие модуляции окорости необыкновенного луча.

Выше указывалось, что плоскополяривованный луч све­ та, попадая в электрооптическую среду, расщепляется на обыкновенный и необыкновенный лучи, поляризованные во взаиыноперпендикулярных плоскостях. Известно, что при со­ ответствующей ориентации оптической оси кристалла отно­ сительно направления распространения света и его плос­ кости поляризации вошедший в кристалл линейнополяриэованный луч света будет распространяться в нем только в виде необыкновенного луча.

Устройство фааового модулятора света показано на рис. 5 .8 . Фазовый модулятор состоит из двухпроводной (полосковой) линии, между пластинами I которой помеща­ ется электрооптическое вещество 2 . На эту линию с гене­ ратора СВЧ подается модулирующее напряжение. На другом конце линия нагружена на согласованную нагрузку. Через