Микроволновый модулятор оптического излучения

О П И С А Н И Е п 11 493749ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Республик(53) УДК 535.50(088,8 т крыт Дата опубликования описания 14.06.7, Соломко, В А. Мелк Сидорен 71) Заявитель а государственный университетГ. Шевченко дена Лен им, ск ИЧЕСКОГОпа но азом. ский ющейфаность переироком диаИзобретение относится к области квантовой электроники, а именно к микроволновым модуляторам интенсивности светового потока, и может быть применено в системах оптической связи и в измерительной технике. 5Известны модуляторы с бегущей волной СВЧ, выполненные на основе волноводоз или двухпроводных (металлодиэлектричеоких) линий. Эффективность их работы максимальна при равенстве групповой скорости света в 10 кристалле и фазовой скорости модулирующей волны (условие синхронизма). С кристаллом большой длины полоса частот, в которой выполняется это условие, сравнительно невелика. Для увеличения диапазона рабочих частот 15 модулятора может применяться механическая перестройка путем, например, перемещения боковой стенки волновода, Однако механической перестройке свойствены малая точность, большая инерционность и низкая надекность 20 вследствие большого влияния в СВЧ-диапазоне качества трущихся контактов.В предлагаемом модуляторе оптического излучения с электрооптическим кристаллом, с целью перестройки полосы рабочих частот, по 25 всей длине внутренней полости модулятора параллельно кристаллу размещен по крайней мере один ферритовый элемент.Этим обеспечивается: воз можстройки частоты синхронизма в ш 30 зоне модулирующих частот, высокая точсть и надежность перестройки, возможность дистанционного управления, высокое быстродействие системы, определяемое, в принципе, временем спин-решеточной релаксации, которое для ферритов имеет значение порядка 10- сек.На фиг, 1 и 2 показано поперечное сечение модуляторов, выполненных на основе прямоугольного волновода и металлодиэлектрической линии.В модуляторе размещены электрооптический кристалл 1, ферритовый тороид 2, управляющий проводник 3, согласующий диэлектрик 4.Модуляторы работают следующим обр Луч света, проходя через электрооптиче кристалл, взаимодействует с модулиру волной. При совпадении скорости света и зовой скорости модулирующего сигнала эффект взаимодействия (т. е. и глубина модуляции) максимален. С изменением рабочей частоты фазовая скорость модулирующей волны изменяется и вследствие рассогласования скоростей эффект взаимодействия падает. Изменение внешнего магнитного поля, создаваемого в результате пропускания тока по проводнику 3, приводит к изменению магнитной проницаемости феррита или, что все равно, к изменению эффективного значения его ди=О,где на Сзг: 81 П хкр(С - Е 7)1 - рФ для модулятора на фиг. 2 25 С - 1 О С О С О ОСз 3 С 34СС 4,=О 35 Предмет изобретения с г С 1 гф, г.айгЙ4 ггЭ г ггггЪ гг МгггСгггг4г г ггс 4зФгФгггг з%,4 ггРог. 1 ЦНИИПИ Заказ 1522/б Изд.1030 Тираж 593 Подписное Типография, пр. Сапунова, 2 электрической проницаемости таким образом, что синхронизм восстанавливается.Размеры поперечного сечения рассчитывают из условий синхронизма на средней частоте. В результате расчетов получены диспер сионные уравнениядля модулятора на фиг. 1 С=СОзппрЬ С - и р 81 пх р 5 С ф1 - Ф 15 С= созх, (с - 6);20 С= ра 81 п хф (с - 6) - хф соз хф (с - О);С: - иасозхф(с - 6) - хфз 1 пхф(с - О); 30 С= соз х р 1); С= х,р 81 п х,рб; С: х; С=. х, 81 п х, (с - 6);- З 1 П хф (а - С);х+ 8 гр.ахф (1 - р.а)С.зг СО 8 х(С - 6), С 4 з - 81 П хд(С )ф С= - СОЗ хф (а - С) --81 П хф (а - С),кф 40р а - недиагональная компонента тензорамагнитной восприимчивости феррита;Р - постоянная распространения системы; хо, хф, хир, хд - волновые числа для незаполненной области и заполненной ферритом, 45 кристаллом и диэлектриком соответственно,4Дисперсионные уравнения решают на ЭВМ, Задавая параметры электрооптического кристалла и феррита, находят геометрические размеры модулятора, при которых выполняется синхронизм на заданной частоте. Далее, подставляя найденные размеры в дисперсионное уравнение, вычисляют зависимость фазовой скорости от частоты и намагниченности феррита, откуда определяют полосу перестройки по допустимому рассогласованию на краях.При замене согласованных нагрузок на концах модулятора бегущей волны на металлические торцовые стенки образуется резонаторный модулятор с согласованными фазовыми скоростями, Напряженность электрического1 поля в кристалле вырастает при этом в - 1/ д2 раз, что приводит к соответствующему снижению потребляемой мощности модулирующего сигнала, Изменяя фазовую скорость путем изменения намагниченности ферритового тороида, можно перестраивать резонансную частоту в пределах полосы синхронизма соответствующего модулятора бегущей волны.Намагничивание ферритовых элементов может осуществляться не только с помощью внутреннего проводника, но и с помощью внешнего электромагнита. Система с внешним электромагнитом несколько проще в конструктивном выполнении, чем с внутренним управляющим проводником, однако имеет большую потребляемую мощность из-за значительных полей рассеяния, большие габариты, большую неоднородность магнитного поля по длине феррита. Микроволновой модулятор оптического излучения с электрооптическим кристаллом, размещенным вдоль оси СВЧ-тракта, о тл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности перестройки частоты, по всей длине модулятора размещен по крайней мере один ферритовый элемент,