close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8174

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8174
(13) C1
(19)
(46) 2006.06.30
(12)
7
(51) G 02F 1/035,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ АМПЛИТУДНЫЙ МОДУЛЯТОР
(21) Номер заявки: a 20040079
(22) 2004.02.10
(43) 2005.09.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт электроники
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Гончаренко Игорь Андреевич; Конойко Алексей Иванович;
Кулешов Владимир Константинович; Ярмолицкий Вячеслав Феликсович (BY)
BY 8174 C1 2006.06.30
G 02B 6/10
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт электроники Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(56) US 4119930 A, 1978.
RU 2109313 C1, 1998.
US 5459801 A, 1995.
US 6008927 A, 1999.
(57)
Электрооптический амплитудный модулятор, содержащий помещенный в кольцевой
резонатор электрооптический элемент, а также средство коррекции длины оптического
пути резонатора, отличающийся тем, что содержит первый Y-образный оптический разветвитель, вход и второй выход которого являются входом и выходом модулятора соответственно, кольцевой резонатор выполнен в виде оптически связанных второго и третьего
Y-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
BY 8174 C1 2006.06.30
обеспечения кратности указанной длины длине волны поступающего излучения, выполнено в виде блока управления обратной связью, электрически связанного с фотоприемником цепи обратной связи и 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.
Электрооптический амплитудный модулятор относится к области оптической связи и
обработки информации и может быть использован в научном, технологическом и медицинском приборостроении в качестве амплитудного модулятора лазерного излучения.
Известен волоконно-оптический модулятор [1], который состоит из оптического волокна, подложки с углублением, в котором волокно зафиксировано, и модуляционного
узла, включающего поляризатор, электрооптический элемент и анализатор, помещенные в
оптический путь волокна в указанном порядке.
Такой волоконно-оптический модулятор обладает недостаточно высоким быстродействием, так как оно ограничено мощностью управляющих электрических сигналов, определяемой как величиной управляющего электрического напряжения, так и тока.
Наиболее близким по технической сущности является широкополосный кольцевой
оптический модулятор [2], который содержит электрооптический элемент в кольцевом
резонаторе, образованном зеркалами.
Такой кольцевой модулятор обладает недостаточно высоким быстродействием, так
как частота модулируемых им световых сигналов определяется временем накопления
кольцевым резонатором энергии, поэтому быстродействие такого модулятора ограничено.
Технической задачей изобретения является увеличение быстродействия электрооптического амплитудного модулятора за счет уменьшения величины управляющего напряжения.
Поставленная техническая задача решается тем, что электрооптический амплитудный
модулятор, содержащий помещенный в кольцевой резонатор электрооптический элемент,
а также средство для коррекции длины оптического пути резонатора, дополнительно содержит первый Y-образный оптический разветвитель, вход и второй выход которого являются входом и выходом модулятора соответственно, кольцевой резонатор выполнен в
виде оптически связанных второго и третьего Y-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, 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.
2
BY 8174 C1 2006.06.30
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, выводимых этими выходными каналами, при постоянном необходимом уровне
энергии в кольцевом резонаторе, что позволяет значительно уменьшить величину управляющего электрического напряжения.
Сущность изобретения поясняется на фигуре, где
1 - первый Y-образный разветвитель,
2 - кольцевой резонатор,
3 - второй Y-образный разветвитель,
4 - первая волоконно-оптическая брэгговская решетка,
5 - третий Y-образный разветвитель,
6 - вторая волоконно-оптическая брэгговская решетка,
7 - волоконно-оптический фазовый электрооптический элемент,
8 - фотоприемник цепи обратной связи,
9 - средство для коррекции длины оптического пути резонатора.
Устройство содержит последовательно оптически связанные между собой первый
Y-образный разветвитель 1, кольцевой резонатор 2, который состоит из последовательно
оптически связанных второго Y-образного разветвителя 3, первой волоконно-оптической
брэгговской решетки 4, третьего Y-образного разветвителя 5, один выход которого оптически связан с фотоприемником цепи обратной связи 8, второй волоконно-оптической
брэгговской решетки 6, волоконно-оптического фазового электрооптического элемента 7,
электрический вход которого последовательно связан со средством для коррекции длины
оптического пути резонатора 9 и фотоприемником цепи обратной связи 8, при этом вход
второго Y-образного разветвителя 3 оптически связан с первым Y-образным разветвителем 1, вход и второй выход которого являются, соответственно, входом и выходом электрооптического модулятора.
Первый 1, второй 3 и третий 5 Y-образные разветвители выполнены в виде двух отрезков оптического волокна, имеющих оптический контакт [2].
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.
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 КП602, содержащего
нечетное количество каскадов усиления и элементы температурной компенсации - в
одном из них.
Электрооптический модулятор работает следующим образом.
В исходном состоянии на вход первого Y-образного разветвителя 1 поступает постоянное световое излучение с интенсивностью I0. С выхода первого Y-образного разветвителя 1 излучение последовательно проходит через второй Y-образный разветвитель 3
кольцевого резонатора 2, через первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку 4, так
как в исходном состоянии величина функции пропускания первой волоконно-оптической
брэгговской решетки 4 максимальна R1 = 0, третий Y-образный разветвитель 5, вторую
3
BY 8174 C1 2006.06.30
волоконно-оптическую брэгговскую решетку 6 с коэффициентом светопропускания, равным
T2 = 1-R2, волоконно-оптический фазовый электрооптический элемент 7 на второй цикл
прохождения по кольцевому резонатору 2 и т.д. При этом на выходе второго Y-образного
разветвителя 3 в результате многолучевой интерференции мы будем иметь световое поле
с амплитудой электрического вектора световой волны Еk, равной:
E0
Ek =
,
(1)
1 − Tk Tp e iδ
где E0 - амплитуда поля поступающей световой волны; Тk - энергетический коэффициент
светопропускания волоконного кольца; Tp - энергетический коэффициент суммарного
светопропускания волоконно-оптических брэгговских решеток; δ - разность фаз между
интерферирующими в кольце световыми волнами.
Следовательно, интенсивность света на выходе второго Y-образного разветвителя 3 Ik
можно определить из выражения:
I0
Ik =
.
(2)
1 + Tk Tp − 2 Tk Tp cos δ
Выражение для определения интенсивности света на выходе третьего Y-образного
разветвителя 5 Iр будет иметь следующий вид:
I0R 2
Ip =
.
(3)
1 + Tk Tp − 2 Tk Tp cos δ
В случае если первая волоконно-оптическая брэгговская решетка 4 полностью пропускает световое излучение, то Тр = Т2. Тогда выражения (2), (3) примут следующий вид:
I0
Ik =
;
(2a)
1 + Tk T2 − 2 Tk T2 cos δ
Ip =
I0R 2
1 + Tk T2 − 2 Tk T2 cos δ
=
I 0 (1 − T2 )
1 + Tk T2 − 2 Tk T2 cos δ
,
(3a)
где R2 = 1-T2 - коэффициент отражения второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6.
С выхода третьего Y-образного разветвителя 5 световой поток падает на фотоприемник цепи обратной связи, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный интенсивности света в волоконном кольце. Этот сигнал поступает на вход средства для
коррекции длины оптического пути резонатора 9. 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 длине волны поступающего излучения λ, 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 синусоидальных электрических сигналов свет поступает через первый Y-образный разветвитель 1, через второй Y-образный разветвитель 3 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
U
n = n 0 − n 30 r33 ,
(4)
2
d
где n0 - показатель преломления обыкновенной волны в электрооптическом материале, U приложенное напряжение, d - расстояние между управляющими электродами волоконно4
BY 8174 C1 2006.06.30
оптической брэгговской решетки (ширина волновода), r33 - электрооптический коэффициент. Изменение показателя преломления приводит к смещению спектральной характеристики коэффициента отражения, а следовательно, к соответствующему изменению длины
световой волны λБi (брэгговской длины волны), при которой отражение от первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4 максимально. Зависимость брэгговской длины
волны от показателя преломления решетки имеет вид:
(5)
λБi = 2nΛi,
где Λi - 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 Y-образный разветвитель 3 к первому Y-образному разветвителю 1, через который направляется на выход в качестве модулируемого сигнала Im. Величину этого сигнала можно определить из следующего
выражения:
I0R1
,
Im =
(6)
1 + Tk Tp − 2 Tk Tp cos δ
где R1 - коэффициент отражения первой волоконно-оптической брэгговской решетки 4.
Свет, прошедший через первую волоконно-оптическую брэгговскую решетку 4, поступает через третий Y-образный 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 (4), 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 λБi (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 увеличиваться в зависимости от величины прикладываемого управляющего напряжения. Отраженный от второй волоконно-оптической брэгговской решетки 6 световой поток
поступает в обратном направлении к третьему Y-образному разветвителю 5. С выхода
третьего Y-образного разветвителя 5 световой поток падает на фотоприемник цепи обратной связи 8, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный интенсивности
света в кольцевом резонаторе 2. Этот сигнал поступает на вход средства для коррекции
длины оптического пути резонатора 9. 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 длине волны поступающего излучения λ, что обеспечивает необходимый стабильный уровень световой энергии в кольцевом резонаторе 2.
Источники информации:
1. Патент США 6088927 Int. Cl. МПК6 G 02F 1/03.
2. Патент США 4119930 Int. Cl. МПК6 G 02F 1/22 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
99 Кб
Теги
by8174, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа