RU2109313C1

RU2109313C1 - Modulator

Info

Publication number: RU2109313C1
Application number: RU96107293A
Authority: RU
Inventors: Фикрет Гаджиевич Геокчаев
Original assignee: Фикрет Гаджиевич Геокчаев
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: optical engineering. SUBSTANCE: modulator operation is based on variation of light intensity at waveguide channel output implanted in lithium niobate with change of control voltage across its electrodes. Every waveguide channel is electrooptical system which uses electrooptical effect in lithium niobate, i. e. , development of optical anisotropy in transparent isotropic dielectric when the latter is placed in external electric field. With control voltage supplied between contacts, voltage is applied to respective electrodes, as a result of which conditions of full internal reflection in waveguide channel are satisfied. Light flux is obtained at waveguide channel output. It is proportional to light flux at waveguide channel input. proportionality coefficient depends on value of voltage applied between control electrodes. Number of waveguide channels with different dependence of relative brightness at output of every waveguide channel from voltage is obtained due to selection of crystals with different shears relative to optical axis. Control voltage supply to respective waveguide channels by means of switch provides for large dynamic range of relative brightness dependence at modulator output from voltage applied. EFFECT: improved control and stabilization of light radiation intensity. 3 dwg

Description

Изобретение относится к оптической технике, а именно к системам регулирования и стабилизации интенсивности светового излучения, и может быть использовано для создания оптической аппаратуры различного назначения. The invention relates to optical technology, namely to systems for regulating and stabilizing the intensity of light radiation, and can be used to create optical equipment for various purposes.

Известен модулятор, содержащий сегнетоэлектрический кристалл, поляризаторы, управляющие электроды. Known modulator containing a ferroelectric crystal, polarizers, control electrodes.

Однако модулятор имеет низкие функциональные возможности, заключающиеся в малом диапазоне управляющих напряжений. However, the modulator has low functionality, consisting in a small range of control voltages.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является модулятор, содержащий электрооптическую ячейку, первый и второй контакты для подачи управляющего напряжения, поляризатор. Closest to the proposed device is a modulator containing an electro-optical cell, first and second contacts for supplying a control voltage, a polarizer.

Недостатком известного устройства являются низкие функциональные возможности, заключающиеся в малом диапазоне управляющих напряжений при их значении свыше 1 кВ. A disadvantage of the known device is its low functionality, which consists in a small range of control voltages with their value exceeding 1 kV.

Целью изобретения является расширение диапазона управляющих напряжений. The aim of the invention is to expand the range of control voltages.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается модулятор, содержащий электрооптическую ячейку, первый и второй контакты для подачи управляющего напряжения, в котором модулятор выполнен в виде K ≥ 2 волноводных каналов, выполненных в K ≥ 2 пластинах из ниобата лития LiNbO₃, при этом модуляция света осуществляется за счет электрооптического эффекта в ниобате лития путем подачи управляющих напряжений, для чего первый и второй управляющий электроды, нанесенные на противоположные грани каждого волноводного канала, подключены к соответствующему контакту для подачи управляющего напряжения и к общей шине устройства, первый и второй соединители, первые и вторые волоконно-оптические кабели, оптически плотные переходы, расположенные на входах и выходах волноводных каналов, первый соединитель, вход которого является входом для подачи светового потока с равномерным распределением, через первые волоконно-оптические кабели и через оптически плотные переходы подключен к входам волноводных каналов, входы которых через оптически плотные переходы и вторые волоконно-оптические кабели подключены к второму соединителю, вход которого является выходом модулятора.This goal is achieved by the fact that the proposed modulator containing an electro-optical cell, the first and second contacts for supplying a control voltage, in which the modulator is made in the form of K ≥ 2 waveguide channels made in K ≥ 2 plates of lithium niobate LiNbO ₃ , while light modulation is due to the electro-optical effect in lithium niobate by supplying control voltages, for which the first and second control electrodes deposited on opposite sides of each waveguide channel are connected to the corresponding contact for supplying control voltage to the device common bus, first and second connectors, first and second fiber optic cables, optically tight junctions located at the inputs and outputs of waveguide channels, the first connector, the input of which is an input for supplying a light flux with uniform distribution, through the first fiber optic cables and through optically dense junctions connected to the inputs of the waveguide channels, the inputs of which through optically dense junctions and the second fiber optic cables ate connected to the second connector whose input is the output of the modulator.

На фиг. 1 изображен модулятор; на фиг. 2 - волноводный канал, на фиг. 3 - зависимости относительной яркости света на выходе волноводного канала от напряжения на управляющих электродах для волноводных каналов, выполненных в пластинах из ниобата лития. In FIG. 1 shows a modulator; in FIG. 2 - waveguide channel, in FIG. 3 - dependence of the relative brightness of the light at the output of the waveguide channel on the voltage at the control electrodes for the waveguide channels made in plates of lithium niobate.

Устройство (фиг. 1) содержит пластины из ниобата лития 1.1 - 1.K, в которых выполнены волноводные каналы 2 с входами 3, выходами 4, управляющими электродами 5, 6, первые 7 и вторые 8 контакты для подачи управляющих напряжений на первые и вторые управляющие электроды, (K - 1) непрозрачных пластин 8.1 - 8 (K - 1), коммутатор 9 с выходами 10.1 - 10.K, входами 11.1 - 11.M (M ≥ 1) для подачи управляющих напряжений, 12.1 - 12.P P ≥ 1 входов для подачи логических напряжений, оптически плотные переходы 13, первые волоконно-оптические кабели 14.1 - 14.K, вторые волоконно-оптические кабели 15.1 - 15.K, первый соединитель 16, второй соединитель 17. The device (Fig. 1) contains plates of lithium niobate 1.1 - 1.K, in which waveguide channels 2 are made with inputs 3, outputs 4, control electrodes 5, 6, first 7 and second 8 contacts for supplying control voltages to the first and second control electrodes, (K - 1) opaque plates 8.1 - 8 (K - 1), switch 9 with outputs 10.1 - 10.K, inputs 11.1 - 11.M (M ≥ 1) for supplying control voltages, 12.1 - 12.PP ≥ 1 inputs for supplying logical voltages, optically dense junctions 13, first fiber optic cables 14.1 - 14.K, second fiber optic cables 15.1 - 15.K the first connector 16, the second connector 17.

Первый соединитель 16 подключен через первые волоконно-оптические кабели 14, через оптически плотные переходы 13 к входам 3 волноводных каналов 2, входы которых через оптически плотные переходы 4', через вторые волоконно-оптические кабели 15 подключены к второму соединителю 17. The first connector 16 is connected through the first fiber optic cables 14, through optically dense junctions 13 to the inputs 3 of the waveguide channels 2, the inputs of which through optically dense junctions 4 ', through the second fiber optic cables 15 are connected to the second connector 17.

На фиг. 2 показан волноводный канал, выполненный в пластине из ниобата лития 1. Управляющие электроды 5, 6 нанесены на противоположные грани волноводного канала и подключены соответственно к контакту 7 для подачи управляющего напряжения к общей шине устройства. In FIG. 2 shows a waveguide channel made in a plate of lithium niobate 1. The control electrodes 5, 6 are deposited on opposite sides of the waveguide channel and connected respectively to pin 7 to supply a control voltage to the device common bus.

На фиг. 3 приведено семейство кривых зависимости отношения относительной яркости света на выходе волноводного канала от поданного управляющего напряжения на волноводных каналах, выполненных в пластинах из ниобата лития с различными оптическими свойствами 18.1 - 18.K. In FIG. Figure 3 shows a family of curves of the dependence of the ratio of the relative brightness of the light at the output of the waveguide channel on the applied control voltage on the waveguide channels made in lithium niobate plates with various optical properties 18.1 - 18.K.

Устройство работает следующим образом. Волноводные каналы 2 выполнены в пластинах 1.1 - 1.K из ниобата лития, представляют собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого диэлектрика при помещении его во внешнее электрическое поле. При воздействии однородного электрического поля, прикладываемого между управляющими электродами 5 и 6, диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором E напряженности поля управляющего сигнала. The device operates as follows. The waveguide channels 2 are made in plates 1.1 - 1.K of lithium niobate; they are an electro-optical system using the electro-optical effect, i.e. the appearance of optical anisotropy in a transparent isotropic solid dielectric when it is placed in an external electric field. When a uniform electric field is applied between the control electrodes 5 and 6, the dielectric polarizes and acquires the optical properties of a uniaxial crystal, the optical axis of which coincides in direction with the vector E of the control signal field strength.

При этом за счет эффекта полного внутреннего отражения света на выходе волноводного канала получаем световой поток с малым коэффициентом затухания. В основу работы волноводного канала положено каналирование светового пучка в тонких диэлектрических структурах и пленках. In this case, due to the effect of total internal reflection of light at the output of the waveguide channel, we obtain a luminous flux with a low attenuation coefficient. The waveguide channel is based on channeling a light beam in thin dielectric structures and films.

В режиме отсутствия управляющего напряжения на гранях волноводного канала 2 (полосковых волноводов) свет в волноводном канале не распространяется из-за сдвигов по фазе на 90^o плоскости поляризации в соответствующем волноводном канале 2 и вектора E напряженности электрического поля управляющего сигнала.In the absence of a control voltage at the edges of waveguide channel 2 (strip waveguides), light in the waveguide channel does not propagate due to phase shifts of 90 ^{° of} the polarization plane in the corresponding waveguide channel 2 and the electric field vector E of the control signal.

Выбирая различные срезы кристалла ниобата лития относительно оптической оси, т.е. кристаллы с различными оптическими свойствами 1.1 - 1.K, и формируя в них волноводные каналы 2, получаем волноводные каналы с различными зависимостями относительной яркости на выходе волноводного канала от поданного на него напряжения 18.1 - 18.K. При выполнении волноводных каналов в пластинах из ниобата лития с одинаковыми оптическими свойствами имеем на выходе увеличение интенсивности светового потока в K раз по сравнению с одним волноводным каналом за счет суммирования световых потоков. Choosing different sections of a lithium niobate crystal relative to the optical axis, i.e. crystals with different optical properties 1.1 - 1.K, and forming waveguide channels 2 in them, we obtain waveguide channels with different relative brightness dependences at the output of the waveguide channel from the voltage 18.1 - 18.K applied to it. When performing waveguide channels in plates of lithium niobate with the same optical properties, we have at the output an increase in the light flux intensity by a factor of K compared with a single waveguide channel due to the summation of the light fluxes.

Однако, за счет выбора кристаллов управляющие напряжения могут составлять от 12 до 46 кВ. However, due to the choice of crystals, control voltages can range from 12 to 46 kV.

В модуляторе происходит расширение диапазона управляющих напряжений от 12 до 4 кВ, при подаче их на управляющие электроды различных волноводных каналов, например, через коммутатор 9. The modulator extends the range of control voltages from 12 to 4 kV, when they are fed to the control electrodes of various waveguide channels, for example, through switch 9.

Таким образом, повышение яркости на выходе от 2 до K раз происходит за счет применения K волноводных каналов, выполненных в пластинах из ниобата лития, с одинаковыми оптическими свойствами. Thus, an increase in output brightness from 2 to K times occurs due to the use of K waveguide channels made in lithium niobate plates with the same optical properties.

Claims

1. A modulator containing an electro-optical cell, first and second contacts for supplying a control voltage, characterized in that the electro-optical cell is made in the form of K ≥ 2 plates of LiNbO ₃ with K ≥ 2 waveguide channels, so that the first and second contacts are made in the form of control electrodes deposited on opposite faces of each waveguide channel, and the inputs and outputs of the waveguide channels through the first and second fiber optic cables are connected respectively to the first and second connectors, and the connection inputs and outputs with fiber optic cables made through optically tight junctions.

2. The modulator according to claim 1, characterized in that it comprises a voltage switch with K outputs connected to the corresponding electrodes of the first contact, M ≤ K inputs and P inputs for supplying logical signals.

3. The modulator according to claim 1, characterized in that all the plates of LiNbO ₃ have different optical properties.