Электрооптический амплитудный модулятор

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Конойко Алексей Иванович Гончаренко Игорь Андреевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Электрооптический амплитудный модулятор, содержащий расположенные в кольцевом резонаторе -образный разветвитель, первый вход которого является входом кольцевого резонатора и электрооптического амплитудного модулятора, и фазовый электрооптический элемент, выход которого оптически связан со вторым входом -образного разветвителя,электрически связанные фотоприемник цепи обратной связи и средство для коррекции длины оптического пути резонатора, электрически связанное с фазовым электрооптическим элементом, отличающийся тем, что содержит расположенные в кольцевом резонаторе два оптически связанных переключателя, оптический вход первого переключателя связан с выходом -образного разветвителя, а первый оптический выход - с входом второго переключателя, второй выход является выходом электрооптического амплитудного модулятора, первый и второй выходы второго переключателя оптически связаны соответственно с фазовым электрооптическим элементом и фотоприемником цепи обратной связи. 58342009.12.30 Полезная модель относится к области оптической связи и обработки информации и может быть использована в научном, технологическом и медицинском приборостроении в качестве амлитудного модулятора лазерного излучения. Известен волоконно-оптический модулятор 1, который состоит из первого -образного оптического разветвителя, вход и второй выход которого являются входом и выходом модулятора соответственно кольцевого резонатора, состоящего из последовательно оптически связанных второго и третьего -образных оптических разветвителей, причем первый вход второго разветвителя оптически связан с первым выходом первого разветвителя,выход второго разветвителя через первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку соединен со входом третьего разветвителя, первый выход которого через вторую волоконно-оптическую брэгговскую решетку и электрооптический элемент, выполненный в виде волоконно-оптического фазового электрооптического элемента, связан со вторым входом второго разветвителя, при этом второй выход третьего разветвителя оптически связан с фотоприемником цепи обратной связи, средство коррекции длины оптического пути резонатора, выполненное с возможностью обеспечения кратности указанной длины длине волны поступающего излучения, выполнено в виде блока управления обратной связью, электрически связанного с фотоприемником цепи обратной связи и с волоконнооптическим фазовым электрооптическим элементом. Такой волоконно-оптический модулятор обладает недостаточно высокой эффективностью, так как в таком резонаторе вследствие отличия коэффициентов связи -образных оптических разветвителей от единицы возможно появление и усиление в кольцевом резонаторе отраженных от волоконно-оптических брэгговских решеток световых потоков. Технической задачей полезной модели является увеличение эффективности электрооптического амплитудного модулятора за счет исключения возможности появления отраженных волн в кольцевом резонаторе. Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический амплитудный модулятор, содержащий расположенные в кольцевом резонаторе -образный разветвитель, первый вход которого является входом кольцевого резонатора и электрооптического амплитудного модулятора, и фазовый электрооптический элемент, выход которого оптически связан со вторым входом -образного разветвителя, электрически связанные фотоприемник цепи обратной связи и средство для коррекции длины оптического пути резонатора, электрически связанное с фазовым электрооптическим элементом, содержит расположенные в кольцевом резонаторе два оптически связанных переключателя, оптический вход первого переключателя связан с выходом -образного разветвителя, а первый оптический выход - с входом второго переключателя, второй выход является выходом электрооптического амплитудного модулятора, первый и второй выходы второго переключателя оптически связаны соответственно с фазовым электрооптическим элементом и фотоприемником цепи обратной связи. Совокупность указанных признаков позволяет осуществлять непрерывный процесс амплитудной модуляции излучения, получаемой в одном из двух выходных каналов кольцевого резонатора в результате управляемого перераспределения искусственных световых потерь, индивидуально выводимых этими выходными каналами, при постоянном необходимом уровне энергии в кольцевом резонаторе, что позволяет значительно увеличить эффективность электрооптического амплитудногомодулятора, обладающего минимальной величиной управляющего напряжения. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - кольцевой резонатор,2 - -образный разветвитель,3 - первый переключатель,4 - второй переключатель,5 - фазовый электрооптический элемент,6 - фотоприемник цепи обратной связи,7 - средство для коррекции длины оптического пути резонатора. 2 58342009.12.30 Устройство содержит кольцевой резонатор 1, который состоит из последовательно оптически связанных -образного разветвителя 2, первый вход которого является входом кольцевого резонатора 1 и электрооптического амплитудного модулятора, первого переключателя 3, второй выход которого является выходом кольцевого резонатора 1 и электрооптического амплитудного модулятора, второго переключателя 4, второй выход которого оптически связан с фотоприемником цепи обратной связи 6, фазового электрооптического элемента 5, электрически связанного через средство для коррекции длины оптического пути резонатора 7 с фотоприемником цепи обратной связи 6, причем выход фазового электрооптического элемента 5 оптически связан с вторым входом -образного разветвителя.-образный разветвитель 2 выполнен в виде двух отрезков оптического волокна,имеющих оптический контакт 2. Первый 3 и второй 4 переключатели выполнены в виде разветвителя на базе гребневого волновода и волновода инжекции для подвода модулирующего электрического напряжения 3. Фазовый электрооптический элемент 5 выполнен в виде отрезка электрооптического волокна с наружными управляющими электродами. Фотоприемник цепи обратной связи 8 выполнен в виде лавинного фотодиода ЛФД-2. Средство для коррекции длины оптического пути резонатора 9 выполнено в виде широкополосного усилителя, собранного на полевых транзисторах КП 602, содержащего нечетное количество каскадов усиления и элементы температурной компенсации в одном из них. Электрооптический амплитудный модулятор работает следующим образом. В исходном состоянии на вход -образного разветвителя 2 кольцевого резонатора 1 поступает постоянное световое излучение с интенсивностью 0. С выхода -образного разветвителя 2 излучение последовательно проходит через первый 3 и второй 4 переключатели, так как в исходном состоянии величина их коэффициентов связи равна 120/2, где- величина интенсивности излучения, запасенного в кольцевом резонаторе 1,- величина интенсивности света на выходе кольцевого резонатора 1, фазовый электрооптический элемент 5 на второй цикл прохождения по кольцевому резонатору 1 и т.д. При этом на выходе -образного разветвителя 2 в результате многолучевой интерференции мы будем иметь световое поле с амплитудой электрического вектора световой волны Е, равной 0(1) 1 где Е 0 - амплитуда поля поступающей световой волны Т - энергетический коэффициент светопропускания кольцевого резонатора 1 Тр - энергетический коэффициент суммарного светопропускания первого 3 и второго 4 переключателей, в данном случае Тр 1-20- разность фаз между интерферирующими в кольце световыми волнами. Следовательно, интенсивность света на выходе -образного разветвителя 2 можно определить из выражения 0(2) 12 Выражение для определения интенсивности света на выходе кольцевого резонатора 1 р будет иметь следующий вид 0 0(3) 12 С выхода второго переключателя 4 световой поток падает на фотоприемник цепи обратной связи 6, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный интенсивности света в кольцевом резонаторе 1. Этот сигнал поступает на вход средства для коррекции длины оптического пути резонатора 7. Последний вырабатывает управляющий электрический сигнал на фазовый электрооптический элемент 5, который корректирует длину опти 3 58342009.12.30 ческого пути кольцевого резонатора 1. Эта длина должна быть кратна длине волны поступающего излучения , что обеспечивает необходимый стабильный уровень световой энергии в кольцевом резонаторе 1. При подаче на первый 3 и второй 4 переключатели управляющих синусоидальных электрических сигналов свет поступает через -образный разветвитель 2 к первому переключателю 3. В первый полупериод управляющее напряжение увеличит показатель преломления электрооптического материала первого переключателя 3. В результате этого увеличивается коэффициент связи между волноводами, что и приведет к перераспределению световых потоков на выходе первого переключателя 3, интенсивность излучения на его втором выходе достигнет максимума. В этом случае величина коэффициента связи в первом переключателе 3 будет равна 1/. Поэтому величину выходного сигнала на втором выходе первого переключателя 3 кольцевого резонатора 1, а следовательно, на выходе электрооптического амплитудного модулятора можно определить из следующего выражения 0(4) 12 Свет, прошедший через первый переключатель 3, поступит на второй переключатель 4. Подаваемое управляющее напряжение уменьшит показатель преломления его электрооптического материала. В результате этого коэффициент связи между волноводами уменьшится и будет равен 20, что приведет к перераспределению световых потоков на выходе второго переключателя 4, интенсивность излучения на его первом выходе достигнет максимума. Поэтому уровень интенсивности света в кольцевом резонаторе не изменится. Во второй полупериод управляющее напряжение уменьшит показатель преломления электрооптического материала первого переключателя 3. В результате этого коэффициент связи между волноводами уменьшится и будет равен 10, что приведет к перераспределению световых потоков на выходе первого переключателя 3, интенсивность излучения на его первом выходе достигнет максимума. Свет, прошедший через первый переключатель 3,поступит на второй переключатель 4. Подаваемое управляющее напряжение увеличит показатель преломления его электрооптического материала. В результате этого коэффициент связи между волноводами увеличится и будет равен 1/, что приведет к перераспределению световых потоков на выходе второго переключателя 4, интенсивность излучения на его втором выходе достигнет максимума. Световой поток со второго выхода второго переключателя 4 поступает на фотоприемник цепи обратной связи 6, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный интенсивности света в кольцевом резонаторе 1. Этот сигнал поступает на вход средства для коррекции длины оптического пути резонатора 7. Последний вырабатывает управляющий электрический сигнал на фазовый электрооптический элемент 5, который корректирует длину оптического пути кольцевого резонатора 1. Эта длина должна быть кратна длине волны поступающего излучения , что обеспечивает необходимый стабильный уровень световой энергии в кольцевом резонаторе 1. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4