Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) 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 Кулешов Владимир Константинович Киселев Вадим Витальевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Электрооптический амплитудный модулятор, содержащий первый -образный оптический разветвитель, вход и второй выход которого являются входом и выходом модулятора соответственно, кольцевой резонатор, выполненный в виде оптически связанных второго и третьего -образных оптических разветвителей, при этом 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 волоконнооптического фазового электрооптического элемента, связан со вторым входом второго 11350 1 2008.12.30 разветвителя, первый фотоприемник цепи обратной связи, электрически связанный с первым входом блока управления цепи обратной связи, выход которого электрически связан с волоконно-оптическим фазовым электрооптическим элементом, при этом коэффициент отражения первой волоконно-оптической брэгговской решетки в исходном ее состоянии минимален, а спектральная характеристика коэффициента отражения второй волоконнооптической брэгговской решетки сдвинута относительно первой на величину, равную разности ширины главного максимума спектральной характеристики и его участка, на котором коэффициент отражения равен величине, определяемой лучевой прочностью кольцевого резонатора, отличающийся тем, что содержит два -образных оптических разветвителя обратной связи, вход и второй выход первого -образного оптического разветвителя обратной связи соответственно оптически связаны со вторым выходом третьего-образного оптического разветвителя и входом первого фотоприемника цепи обратной связи, а первый выход первого -образного оптического разветвителя обратной связи через первый спектральный фильтр цепи обратной связи оптически связан со входом второго -образного оптического разветвителя обратной связи, первый выход которого оптически связан со вторым спектральным фильтром цепи обратной связи, второй выход через второй фотоприемник цепи обратной связи электрически связан со вторым входом блока управления цепи обратной связи, а оптическая длина кольцевого резонатора в исходном его состоянии выбрана кратной рабочей длине волны поступающего излучения,ширина спектрального распределения интенсивности которого, по меньшей мере, в два раза превышает спектральное расстояние между соседними интерференционными максимумами кольцевого резонатора, причем спектральные характеристики коэффициентов отражения первого и второго спектральных фильтров цепи обратной связи соответствуют одному из боковых интерференционных максимумов кольцевого резонатора. Электрооптический амплитудный модулятор относится к области оптической связи и обработки информации и может быть использован в научном, технологическом и медицинском приборостроении в качестве амлитудного модулятора лазерного излучения. Известен широкополосный кольцевой оптический модулятор 1, который содержит электрооптический элемент в кольцевом резонаторе, образованном зеркалами. Такой кольцевой модулятор обладает недостаточно высокой стабильностью светомодуляционных характеристик, так как отсутствует возможность стабилизации параметров кольцевого резонатора. Наиболее близким по технической сущности является электрооптический амплитудный модулятор 2, который содержит первый -образный оптический разветвитель, волоконно-оптический кольцевой резонатор, образованный оптически связанными вторым-образным оптическим разветвителем, первой волоконно-оптической брэгговской решеткой, третьим -образным оптическим разветвителем, один из выходов которого оптически связан с фотоприемником цепи обратной связи, электрически связанным через средство для коррекции длины оптического пути резонатора с волоконно-оптическим фазовым электрооптическим элементом кольцевого резонатора, и второй волоконно-оптической брэгговской решеткой. Такой электрооптический амплитудный модулятор обладает недостаточно высокой стабильностью светомодуляционных характеристик, так как в нем отсутствует возможность непосредственного отслеживания влияния факторов, дестабилизирующих параметры кольцевого резонатора, таких как температура, вибрации, атмосферное давление. Технической задачей изобретения является увеличение стабильности светомодуляционных характеристик электрооптического амплитудного модулятора за счет непосредственного отслеживания влияния дестабилизирующих факторов на параметры кольцевого резонатора. 2 11350 1 2008.12.30 Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический амплитудный модулятор, содержащий первый -образный оптический разветвитель, вход и второй выход которого являются входом и выходом модулятора соответственно, кольцевой резонатор, выполненный в виде оптически связанных второго и третьего -образных оптических разветвителей, при этом первый вход второго разветвителя оптически связан с первым выходом первого разветвителя, выход второго разветвителя через первую волоконнооптическую 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, первый фотоприемник цепи обратной связи, электрически связанный с первым входом блока управления цепи обратной связи, выход которого электрически связан с волоконно-оптическим фазовым электрооптическим элементом, при этом коэффициент отражения первой волоконно-оптической брэгговской решетки в исходном ее состоянии минимален, а спектральная характеристика коэффициента отражения второй волоконно-оптической брэгговской решетки сдвинута относительно первой на величину, равную разности ширины главного максимума спектральной характеристики и его участка, на котором коэффициент отражения равен величине, определяемой лучевой прочностью кольцевого резонатора, дополнительно содержит два -образных оптических разветвителя обратной связи, вход и второй выход первого образного оптического разветвителя обратной связи соответственно оптически связаны со вторым выходом третьего -образного оптического разветвителя и входом первого фотоприемника цепи обратной связи, а первый выход первого -образного оптического разветвителя обратной связи через первый спектральный фильтр цепи обратной связи оптически связан со входом второго -образного оптического разветвителя обратной связи,первый выход которого оптически связан со вторым спектральным фильтром цепи обратной связи, второй выход через второй фотоприемник цепи обратной связи электрически связан со вторым входом блока управления цепи обратной связи, а оптическая длина кольцевого резонатора в исходном его состоянии выбрана кратной рабочей длине волны поступающего излучения, ширина спектрального распределения интенсивности которого,по меньшей мере, в два раза превышает спектральное расстояние между соседними интерференционными максимумами кольцевого резонатора, причем спектральные характеристики коэффициентов отражения первого и второго спектральных фильтров цепи обратной связи соответствуют одному из боковых интерференционных максимумов кольцевого резонатора. Совокупность указанных признаков позволяет осуществлять непрерывный процесс амплитудной модуляции излучения, получаемой в одном из двух выходных каналов кольцевого резонатора в результате управляемого перераспределения искуственных световых потерь, выводимых этими выходными каналами, при непосредственном отслеживании влияния дестабилизирующих факторов на параметры кольцевого резонатора. Сущность такого модулятора поясняется на фигуре, где 1 - первый -образный оптический разветвитель,2 - кольцевой резонатор,3 - второй -образный оптический разветвитель,4 - первая волоконно-оптическая брэгговская решетка,5 - третий -образный оптический разветвитель,6 - вторая волоконно-оптическая брэгговская решетка,7 - волоконно-оптический фазовый электрооптический элемент,8 - первый -образный оптический разветвитель обратной связи,9 - первый спектральный фильтр цепи обратной связи,10 - второй -образный оптический разветвитель обратной связи,11 - второй спектральный фильтр цепи обратной связи,3 11350 1 2008.12.30 12 - первый фотоприемник цепи обратной связи,13 - второй фотоприемник цепи обратной связи,14 - блок управления цепи обратной связи. Устройство содержит последовательно оптически связанные между собой первый образный оптический разветвитель 1, кольцевой резонатор 2, который состоит из последовательно оптически связанных второго -образного оптического разветвителя 3, первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4, третьего -образного оптического разветвителя 5, один выход которого последовательно оптически связан с первым -образным оптическим разветвителем обратной связи 8, первым спектральным фильтром цепи обратной связи 9, вторым -образным оптическим разветвителем обратной связи 10, вторым спектральным фильтром цепи обратной связи 11, второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6, волоконно-оптического фазового электрооптического элемента 7, электрический вход которого последовательно связан с блоком управления цепи обратной связи 14, первым 12 и вторым 13 фотоприемниками цепи обратной связи, которые оптически связаны, соответственно, через первый 8 и второй 10 -образные оптические разветвители обратной связи с первым 9 и вторым 11 спектральными фильтрами цепи обратной связи, при этом вход второго -образного разветвителя 3 оптически связан с первым образным разветвителем 1, вход и второй выход которого являются, соответственно, входом и выходом электрооптического модулятора. Первый 1, второй 3 и третий 5 -образные оптические разветвители, первый 8 и второй 10 -образный оптические разветвители обратной связи выполнены в виде двух отрезков оптического волокна, имеющих оптический контакт 3. Первая 4 и вторая 6 волоконно-оптические брэгговские решетки выполнены в виде отрезков электрооптического волокна с брэгговскими решетками для различных длин волн в сердцевине и наружными управляющими электродами, причем спектральные характеристики коэффициентов отражения первой 4 и второй 6 волоконно-оптических брэгговских решеток должны быть сдвинуты друг относительно друга на величину, равную разности ширины главного максимума спектральной характеристики и его участка, на котором коэффициент отражения растет от нуля до величины, определяемой лучевой прочностью кольцевого резонатора 2. Волоконно-оптический фазовый электрооптический элемент 7 выполнен в виде отрезка электрооптического волокна с наружными управляющими электродами. Первый 9 и второй 11 спектральные фильтры цепи обратной связи выполнены в виде отрезков электрооптического волокна с брэгговскими решетками для различных длин волн в сердцевине, причем спектральные характеристики их коэффициентов отражения должны соответствовать одному из боковых интерференционных максимумов кольцевого резонатора 2. Первый 12 и второй 13 фотоприемники цепи обратной связи выполнены в виде лавинных фотодиодов ЛФД-2. Блок управления цепи обратной связи 14 выполнен в виде двух усилителей фототока(2 микросхемы операционных усилителей К 140 УД 5 А с соответствующими цепями коррекции) и аналогового формирователя сигнала подстройки на основе микросхемы К 140 УД 5 А,входы которого соединены с выходами усилителей фототока, указанных выше. Электрооптический амплитудный модулятор работает следующим образом. В исходном состоянии на вход первого -образного оптического разветвителя 1 поступает постоянное световое излучение с шириной спектрального распределения интенсивности, как минимум в два раза превышающей спектральное расстояние между соседними интерференционными максимумами кольцевого резонатора 2. С выхода первого -образного оптического разветвителя 1 излучение последовательно проходит через второй -образный оптический разветвитель 3 кольцевого резонатора 2, первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку 4, так как в исходном состоянии величина функции пропускания 4 11350 1 2008.12.30 первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4 максимальна 10. Далее оно проходит третий -образный оптический разветвитель 5, вторую волоконно-оптическую брэгговскую решетку 6 с коэффициентом светопропускания, равным 21-2, волоконнооптический фазовый электрооптический элемент 7 на второй цикл прохождения по кольцевому резонатору 2 и т.д. При этом на выходе второго -образного оптического разветвителя 3 в результате многолучевой интерференции мы будем иметь световое поле с амплитудой электрического вектора световой волныравной где Е 0- амплитуда поля поступающей световой волны Т - энергетический коэффициент светопропускания волоконного кольца Тр - энергетический коэффициент суммарного светопропускания волоконнооптических брэгговских решеток- разность фаз между интерферирующими в кольце световыми волнами. Следовательно, интенсивность света на выходе второго -образного оптического разветвителя 3 можно определить из выражения Выражение для определения интенсивности света на выходе третьего -образного оптического разветвителя 5 р будет иметь следующий вид В случае если первая волоконно-оптическая брэгговская решетка 4 полностью пропускает световое излучение, то ТрТ 2. Тогда выражения (2) и (3) примут следующий вид где 21-2 - коэффициент отражения второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6. Отраженный от второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6 световой поток поступает в обратном направлении к третьему -образному оптическому разветвителю 5. Так как ширина распределения интенсивности входного излучения как минимум в два раза превышает спектральное расстояние между соседними интерференционными максимумами кольцевого резонатора 2, то помимо среднего спектрального максимума имеются еще два боковых меньшей амплитуды. При изменении оптической длины кольцевого резонатора 2 эти три максимума будут смещаться относительно спектрального максимума входного излучения, соответственно изменяя свою величину. С целью стабилизации спектральных характеристик кольцевого резонатора световой поток, отраженный от второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6, поступает в обратном направлении к третьему -образному оптическому разветвителю 5. Со второго выхода третьего образного оптического разветвителя 5 световой поток направляется к первому 9 и второму 11 спектральному фильтру цепи обратной связи, каждый из которых отражает излучение одного из боковых спектральных максимумов. Поэтому излучение, отраженное от первого 9 5 11350 1 2008.12.30 и второго 11 спектральных фильтров цепи обратной связи, поступает через первый 8 и второй 10 -образные оптические разветвители обратной связи соответственно на первый 12 и второй 13 фотоприемники цепи обратной связи, в которую дополнительно входит блок управления цепи обратной связи 14. Последний вырабатывает управляющий электрический сигнал на волоконно-оптический фазовый электрооптический элемент 7, который корректирует длину оптического пути кольцевого резонатора 2. Эта длина должна быть кратна рабочей длине волны 0, что обеспечивает необходимый стабильный уровень световой энергии в кольцевом резонаторе 2. При подаче на управляющие электроды первой 4 и второй 6 волоконно-оптических брэгговских решеток управляющих электрических сигналов свет поступает через первый 1 и второй 3 -образные оптические разветвители к первой волоконно-оптической брэгговской решетке 4. Управляющее напряжение, подаваемое на ее управляющие электроды,изменяет показатель преломления электрооптического материала, в котором сформирована брэгговская решетка, по закону 1 где 0 - показатель преломления обыкновенной волны в электрооптическом материале,- приложенное напряжение, - расстояние между управляющими электродами волоконно-оптической брэгговской решетки (ширина волновода),33 - электрооптический коэффициент. Изменение показателя преломления приводит к смещению спектральной характеристики коэффициента отражения, а следовательно, к соответствующему изменению длины световой волны Б (брэгговской длины волны), при которой отражение от первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4 максимально. Зависимость брэгговской длины волны от показателя преломления решетки имеет вид Б 2,где- период соответствующей волоконно-оптической брэгговской решетки. Поэтому величина интенсивности света на выходе первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4 будет падать в зависимости от величины прикладываемого управляющего напряжения. Отраженный от первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4 световой поток поступает в обратном направлении через второй -образный оптический разветвитель 3 к первому -образному оптическому разветвителю 1, через который направляется на выход в качестве модулируемого сигнала . Величину этого сигнала можно определить из следующего выражения где 1 - коэффициент отражения первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4. Свет, прошедший через первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку 4, поступает через третий -образный оптический разветвитель 5 на вторую волоконно-оптическую брэгговскую решетку 6. Управляющее напряжение, подаваемое на ее управляющие электроды, изменяет показатель преломления электрооптического материала, в котором сформирована брэгговская решетка, по такому же закону (6), как и в первой волоконно-оптической брэгговской решетке 4. Изменение показателя преломления приводит к смещению спектральной характеристики коэффициента отражения, а следовательно, к соответствующему изменению длины световой волны Б (брэгговской длины волны), при которой отражение от второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6 максимально. Поэтому величина интенсивности света на выходе второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6 будет 11350 1 2008.12.30 увеличиваться в зависимости от величины прикладываемого управляющего напряжения. Отраженный от второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6 световой поток поступает в обратном направлении к третьему -образному оптическому разветвителю 5. С выхода третьего -образного оптического разветвителя 5 световой поток направляется к первому 9 и второму 11 спектральному фильтру цепи обратной связи, каждый из которых отражает излучение одного из боковых спектральных максимумов. Поэтому излучение,отраженное от первого 9 и второго 11 спектральных фильтров цепи обратной связи, поступает через первый 8 и второй 10 -образные оптические разветвители обратной связи соответственно на первый 12 и второй 13 фотоприемники цепи обратной связи, в которую дополнительно входит блок управления цепи обратной связи 14. Последний вырабатывает управляющий электрический сигнал на волоконно-оптический фазовый электрооптический элемент 7, который корректирует длину оптического пути кольцевого резонатора 2. Эта длина должна быть кратна рабочей длине волны 0, что обеспечивает необходимый стабильный уровень световой энергии в кольцевом резонаторе 2. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: G02F 1/00, G02B 6/10

Метки: электрооптический, модулятор, амплитудный

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/7-11350-elektroopticheskijj-amplitudnyjj-modulyator.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Электрооптический амплитудный модулятор</a>

Похожие патенты