Оптические волны в кристаллах - Ярив А.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 5
здесь X — длина волны света. Для г-среза кристалла KDP это «полуволновое» напряжение на длине волны X = 6328 А составляет 9,3 кВ. Заметим, что полуволновое напряжение пропорционально длине волны X и обратно пропорционально соответствующему электрооптическому коэффициенту.
7.3.1. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
В конце предыдущего раздела мы показали, что двулучепреломление [выражение (7.3.1)], индуцированное электрическим полем, приводит к тому, что падающая в плоскости z = 0 волна, поляризованная вдоль оси*, приобретает поляризацию в направлении оси у, причем величина поляризации возрастает с напряжением за счет составляющей X и при V = Vlt поляризация становится параллельной у. Если в выходной плоскости Z = d поместить поляризатор под прямым углом к поляризации падающего света, т. е. поляризатор, пропускающий составляющую Ey, то при включенном внешнем электрическом поле оптический пучок будет проходить без затухания, а при выключенном поле (Г = 0) выходящий пучок будет полностью задерживаться скрещенным поляризатором, помещенным на выходе. Такое управление потоком оптической энергии лежит в основе приборов, осуществляющих электрооптическую амплитудную модуляцию света.
На рис. 7.4 схематически показано устройство электрооптического амплитудного модулятора. Он состоит из электрооптического кристалла, помещенного между двумя скрещенными поляриза-
Входной пучок
«Быстрая» «Медленная» ось ось
Электрооптический
Входной поляризатор
Четверть -волновая (F = тг/2)
Выходной пучок
Выходной поляризатор
фазовая пластинка
РИС. 7.4. Типичный электрооптический амплитудный модулятор. Полная фазовая задержка Г является суммой фиксированной задержки смещения (Гв = т/2), создаваемой четвертьволновой пластинкой, и задержки, возникающей в электрооптическом кристалле. Входной поляризатор параллелен оси х, а выходной — оси у; «быстрая» ось направлена вдоль х', а «медленная» — вдоль у'. Электрооптические устройства
261
торами, которые составляют угол 45° относительно новых главных осей*' и у'. Естественное двулучепреломление кристалла, создающее постоянную задержку, также вносит вклад в длину оптического пути, так что полная задержка Г представляет собой сумму задержки, создаваемой этим кристаллом, и электрически индуцированной задержки. В гл. 5 было показано, что коэффициент пропускания такой системы для поляризованного света имеет вид
-г • 2Г .
Г= Sin21 = Sin2J--j. (7.3.6)
Последнее равенство в (7.3.6) было получено с использованием (7.3.2) и (7.3.5). На рис. 7.5 представлена зависимость коэффициента пропускания T от напряжения V.
Рис. 7.5 иллюстрирует также сам процесс амплитудной модуляции оптического сигнала. На модулятор обычно накладывают смещающее напряжение таким образом, чтобы создать фиксированную задержку Гй = ж/2 и добиться коэффициента пропускания 50%. Этого смещения можно достичь, прикладывая напряжение V = VJl или, что более удобно, используя кристалл с естественным двулучепреломлением (рис. 7.4) для создания разности фаз (задержки) между составляющими х' и у', равной тг/2. При этом ма-
РИС. 7.5. Зависимость коэффициента пропускания T электрооптического модулятора со скрещенными поляризаторами от приложенного напряжения. Модулятор смещен в точку Г = тг/2, что приводит к коэффициенту пропускания 50%. Малое синусоидальное приложенное напряжение обеспечивает модуляцию интенсивности на выходе относительно точки смещения. і 262
Глава 5
лая синусоидальная модуляция напряжения будет приводить к почти синусоидальной модуляции интенсивности выходящего пучка, как показано на рис. 7.5.
Чтобы представить зависимость на рис. 7.5 с помощью формул, запишем следующее выражение:
Г = {и + Г>п ытг, (7.3.7)
где задержка, обусловленная смещением, выбрана равной к/2, а величина Tm связана с амплитудой Vm модулирующего напряжения Vm sin odmt соотношением (7.3.2), т. е. Tm = % VmZVll. Используя (7.3.6), получаем выражение
у = sin2(iw + і FmSin wmf) =
1I
= + sin(rmsinwm0],
которое при Tm < 1 принимает вид 7 A г(1 + TmSinwmO-
(7.3.8)
(7.3.9)
(7.3.10)
Таким образом, модуляция интенсивности есть линейный отклик на модулирующее напряжение KmSincom?. Из рис. 7.5 и выражения (7.3.9) следует, что если условие Гш 1 не выполняется, то изменение интенсивности является возмущенным и содержит значительное количество высших (нечетных) гармоник.
7.3.2. ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА
В предыдущем разделе мы показали, как с помощью поляризаторов можно преобразовать модуляцию состояния поляризации оптического пучка от линейного до эллиптического в модуляцию интенсивности. Рассмотрим теперь модулятор, схематически изображенный на рис. 7.6, когда падающий пучок имеет неодинаковые составляющие вдоль индуцированных осей двулучепреломления (осей х' и у' на рис. 7.4), а поляризован параллельно одной из них, например параллельно оси х'. В этом случае действие электрического поля вдоль направления z не меняет состояния поляризации, а меняет лишь фазу выходного сигнала на величину Электрооптика
