Фазовая и амплитудная модуляция света в одноосных кристаллах. Модуляционная характеристика электрооптического модулятора

Так как фазовые скорости света _x' и _y' в электрооптических кристаллах (n=c/) являются функциями напряженности поля Е, то, изменяя E можно осуществлять фазовую модуляцию света, поляризованного по осям OX' и OY'.

Пусть световой луч, поляризованный по оси OX' распространяется вдоль направления OZ’. Тогда свет, пройдя путь l вдоль оптической оси кристалла, относящегося к кристаллографическому классу 42m, приобретает с учетом (5.6а) фазовую задержку :

=2 (n_x'-n₀)l/=(n₀³r₆₃El) /=(n₀³r₆₃U) / (5.7)

где  - длина волны света; U-приложенное к кристаллу напряжение. Как видно из (5.7) фазовая задержка  зависит от U, что позволяет осуществить фазовую модуляцию света прошедшего через кристалл.

Пусть падающий на кристалл свет поляризован линейно вдоль направления OX. Тогда в кристалле распространяются две ортогонально поляризованные компоненты с одинаковыми амплитудами и разными скоростями _x' и _y' . Пройдя путь l, эти компоненты приобретают разность фаз Г, равную разности соответствующих фазовых задержек:

. (5.8)

Приобретенная в кристалле разность фаз определяет состояние поляризации вышедшего из кристалла излучения. При отсутствии напряжения (Г=0) поляризация света на выходе из кристалла совпадает с поляризацией исходной волны. При достижении Г=/2 свет обладает круговой поляризацией, а при Г= поляризация света ортогональна поляризации с поляризацией исходной волны. Зависимость характера поляризации света Р, прошедшего через кристалл, от фазовой задержки Г представлена на таблице. 5.1.

Таблица 5.1.

Напряжение, соответствующее значению Г=, называется полуволновым напряжением: U_/2=/(2n_o³r₆₃). (5.9)

Запишем выражение (5.9) в виде: n_o³r₆₃ U_/2=/2, (5.10)

откуда следует, что полуволновое напряжение – это напряжение, необходимое для получения разности хода в кристалле равное /2. Полуволновое напряжение является одним из основных характеристик электрооптических модуляторов.

Таким образом, при изменении напряжения осуществляется модуляция поляризации света. Для получения амплитудной модуляции необходимо модулированный по поляризации свет пропустить через анализатор.

Рис.5.3. Оптическая схема электрооптического модулятора. 1.поляризатор, 2.электрооптический кристалл, 3 анализатор.

Пусть плоско–поляризованный свет падает на систему кристалл-анализатор, показанной на рис.5.3. Если плоскости анализатора и поляризация падающего на кристалл света взаимно перпендикулярны, то интенсивность света на выходе системы будет равна: I=I₀sin², (5.11)

где  - разность фаз, I_0­­ –интенсивность падающего света. Зависимость (5.11) называется модуляционной характеристикой ЭОМ.