RU2405179C1 - Electrooptic modulator on mach-zehnder interferometre circuit - Google Patents
Electrooptic modulator on mach-zehnder interferometre circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2405179C1 RU2405179C1 RU2009137927/28A RU2009137927A RU2405179C1 RU 2405179 C1 RU2405179 C1 RU 2405179C1 RU 2009137927/28 A RU2009137927/28 A RU 2009137927/28A RU 2009137927 A RU2009137927 A RU 2009137927A RU 2405179 C1 RU2405179 C1 RU 2405179C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electro
- light beams
- prisms
- optical elements
- optical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к устройствам регулирования интенсивности оптического излучения, и может быть использовано для амплитудной модуляции лазерного излучения, обработки и передачи оптической информации.The invention relates to optical instrumentation, and in particular to devices for regulating the intensity of optical radiation, and can be used for amplitude modulation of laser radiation, processing and transmission of optical information.
В настоящее время является актуальной проблема создания устройств управления интенсивностью оптического излучения, способных обрабатывать лазерное излучение повышенной мощности до единиц ватт.Currently, the urgent problem of creating devices for controlling the intensity of optical radiation, capable of processing laser radiation of high power up to units of watts.
Известны электрооптические модуляторы света на базе интерферометра Маха-Цендера, изготовленные в интегрально-оптическом исполнении. В таких моделях свет распространяется в оптических волноводах, которые сформированы либо напылением на подложку волноводного слоя из материала с сильными электрооптическими свойствами, либо путем локальной диффузии поверхности монокристаллической подложки с целью образования волноводных каналов, при этом волноводный эффект возникает из-за увеличения показателя преломления в зоне канала.Known electro-optical light modulators based on the Mach-Zehnder interferometer, manufactured in integrated optical design. In such models, light propagates in optical waveguides, which are formed either by sputtering a waveguide layer of a material with strong electro-optical properties on the substrate, or by local diffusion of the surface of a single-crystal substrate to form waveguide channels, with the waveguide effect due to an increase in the refractive index in the region channel.
Известен широкополосный электрооптический модулятор, включающий монокристаллическую подложку и сформированную на ней систему оптических волноводов с одним входом и одним выходом, сконфигурированных по схеме интерферометра Маха-Цендера, обеспечивающей пространственное разделение когерентного пучка света на два одинаковых по интенсивности пучка, которые, пройдя различные оптические пути в волноводах, сводятся вместе. На подложке размещены электроды, взаимное расположение которых обеспечивает создание касательных электрических полей, проникающих в сечение каждого из волноводов. При приложении управляющего электрического напряжения к электродам создается разность фаз между световыми пучками, поэтому в результате соединения расщепленных пучков света на выходе происходит интерференция сдвинутых по фазе пучков света. Интенсивность оптического потока на выходе модулятора зависит от созданной разности фаз, которая в свою очередь определяется величиной управляющей разности потенциалов. При подаче на электроды управляющего напряжения излишки энергии перекачиваются в рассеянное световое поле (заявка US 2004/0062466, МПК G02F 1/035).A wide-band electro-optical modulator is known, including a single-crystal substrate and a system of optical waveguides with one input and one output formed on it, configured according to the Mach-Zehnder interferometer scheme, which provides spatial separation of a coherent light beam into two beams of the same intensity, which, after passing through various optical paths into waveguides are brought together. Electrodes are placed on the substrate, the mutual arrangement of which ensures the creation of tangent electric fields penetrating into the cross section of each of the waveguides. When a control voltage is applied to the electrodes, a phase difference is created between the light beams; therefore, as a result of connecting the split light beams at the output, the interference of the phase-shifted light beams occurs. The intensity of the optical flow at the output of the modulator depends on the created phase difference, which in turn is determined by the magnitude of the control potential difference. When a control voltage is applied to the electrodes, excess energy is pumped into the scattered light field (application US 2004/0062466, IPC
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является интегрально-оптический модулятор Маха-Цендера, включающий монокристаллическую подложку, сформированные на подложке и расположенные в плечах модулятора два оптических волновода, связанные с одним входом и двумя выходами модулятора. В каждом плече модулятора расположен фазовый модулятор, выполненный в виде электродов, создающих касательные электрические поля, проникающие в сечение каждого волновода при приложении к ним управляющего электрического напряжения. Исходный световой поток, распространяясь по волноводам, расщепляется на два пучка света. При движении в расщепленном виде по волноводам световые потоки оказываются в зоне действия поперечного электрического поля, ориентированного по касательной к поверхности подложки. Ориентация кристалла подложки обеспечивает возникновение линейного поперечного электрооптического эффекта Поккельса. При приложении управляющего электрического напряжения к электродам в одном из волноводов происходит дополнительное, вызванное действующим электрическим полем, "убыстрение" светового потока, в то время как в другом волноводе происходит аналогичное "замедление" потока. Поэтому в результате соединения расщепленных потоков на выходе происходит интерференция сдвинутых по фазе пучков света, и в один из выходов модулятора попадает оптический поток, интенсивность которого зависит от созданной разности фаз, которая в свою очередь определяется величиной управляющей разности потенциалов. В результате происходит перекачка энергии из одного выхода модулятора в другой при подаче управляющего напряжения (заявка WO 03/089984, МПК G02F 1/313).The closest in technical essence to the claimed solution is a Mach-Zehnder integrated optical modulator, including a single-crystal substrate, two optical waveguides formed on the substrate and located on the shoulders of the modulator, connected to one input and two outputs of the modulator. In each arm of the modulator there is a phase modulator, made in the form of electrodes that create tangent electric fields penetrating into the cross section of each waveguide when a control voltage is applied to them. The initial light flux, propagating along the waveguides, is split into two beams of light. When moving in a split form along waveguides, the light fluxes appear in the zone of action of a transverse electric field oriented tangentially to the surface of the substrate. Orientation of the substrate crystal provides a linear transverse electro-optical Pockels effect. When a control voltage is applied to the electrodes in one of the waveguides, an additional “acceleration” of the light flux occurs due to the acting electric field, while a similar “slowdown” of the flux occurs in the other waveguide. Therefore, as a result of connecting the split streams, the output is interfered with by phase-shifted light beams, and an optical stream gets into one of the outputs of the modulator, the intensity of which depends on the created phase difference, which in turn is determined by the value of the control potential difference. As a result, energy is transferred from one output of the modulator to another when a control voltage is applied (application WO 03/089984,
Недостатком известных модуляторов является ограничение мощности излучения, распространяющегося в волноводе, до 50 мВт. Данное ограничение введено для предотвращения повреждения или пробоя волновода из-за высоких плотностей энергии, обусловленных малыми поперечными сечениями волноводов.A disadvantage of the known modulators is the limitation of the power of the radiation propagating in the waveguide to 50 mW. This restriction is introduced to prevent damage or breakdown of the waveguide due to high energy densities due to the small cross sections of the waveguides.
Задачей настоящего изобретения является создание электрооптического модулятора по схеме интерферометра Маха-Цендера, позволяющего управлять лазерным излучением повышенной мощности до 5 Вт (намного превышающей мощность управляемого лазерного излучения прототипа) с сохранением произвольных значений глубин модуляции управляемого лазерного излучения.The objective of the present invention is to provide an electro-optical modulator according to the scheme of the Mach-Zehnder interferometer, which allows controlling laser radiation of increased power up to 5 W (far exceeding the power of the controlled laser radiation of the prototype) while maintaining arbitrary values of the modulation depths of the controlled laser radiation.
Поставленная задача решается тем, что в электрооптическом модуляторе по схеме интерферометра Маха-Цендера, включающем делитель светового потока на два пучка света, соединитель разделенных пучков света и два электрооптических элемента с электродами, подключенными к источнику управляющего напряжения, согласно предлагаемому решению электрооптические элементы выполнены в виде призм из монокристаллического материала с линейным электрооптическим эффектом, оси z которого противоположно направлены и перпендикулярны основаниям призм, электроды расположены на основаниях призм. При этом часть поверхности призм, предназначенная для входа и выхода разделенных пучков света, выполнена с просветляющим покрытием, а часть поверхности призм снабжена отражающими элементами для обеспечения прохождения пучков света через просветляющие покрытия.The problem is solved in that in the electro-optical modulator according to the scheme of the Mach-Zehnder interferometer, which includes a light flux divider into two light beams, a coupler of separated light beams and two electro-optical elements with electrodes connected to a control voltage source, according to the proposed solution, electro-optical elements are made in the form prisms from a single-crystal material with a linear electro-optical effect, the z-axis of which are oppositely directed and perpendicular to the bases of the prisms, ele trodes are located on the base of the prism. In this case, a part of the surface of the prisms intended for the entrance and exit of the separated light beams is made with an antireflective coating, and a part of the surface of the prisms is equipped with reflective elements to ensure the passage of light beams through the antireflection coatings.
Делитель светового потока и соединитель разделенных пучков света выполнены в виде светоделительных кубиков, составленных из двух треугольных призм с диэлектрическим зазором в месте их сопряжения и изготовленных из монокристаллического материала с коллинеарными осями z, перпендикулярными основаниям призм.The light flux divider and connector of the separated light beams are made in the form of beam-splitting cubes made up of two triangular prisms with a dielectric gap at their interface and made of a single-crystal material with collinear z axes perpendicular to the bases of the prisms.
Делитель светового потока и соединитель разделенных пучков света выполнены в виде треугольных призм, изготовленных из монокристаллического материала с коллинеарными осями z, при этом треугольная призма делителя светового потока сопряжена с боковой гранью входа пучка света в электрооптический элемент, а треугольная призма соединителя сопряжена с боковой гранью выхода пучка света из электрооптического элемента, сопряжение выполнено с диэлектрическим зазором, а делитель светового потока, соединитель разделенных пучков света и электрооптические элементы выполнены из материала с одинаковым коэффициентом преломления.The light flux divider and connector of the separated light beams are made in the form of triangular prisms made of a single crystal material with collinear axes z, while the triangular prism of the light flux divider is conjugated to the side face of the light beam entrance into the electro-optical element, and the triangular connector prism is conjugated to the side face of the output a light beam from an electro-optical element, conjugation is made with a dielectric gap, and a light flux divider, a connector of separated light beams and an electro pticheskie elements are made of a material with the same refractive index.
Делитель светового потока и соединитель разделенных пучков света выполнены в виде диэлектрического зазора между электрооптическими элементами при соединении их между собой.The light flux divider and connector of the separated light beams are made in the form of a dielectric gap between the electro-optical elements when they are connected to each other.
Отражающие элементы выполнены в виде зеркального покрытия или отполированных поверхностей.Reflecting elements are made in the form of a mirror coating or polished surfaces.
Электрооптические элементы в основании имеют прямоугольную или равнобедренную трапеции, или прямоугольник, или параллелограмм.The electro-optical elements at the base have a rectangular or isosceles trapezoid, or a rectangle, or a parallelogram.
Электрооптические элементы в основании имеют тупоугольную трапецию с острым углом при меньшем основании, равном углу Брюстера, при этом делитель светового потока и соединитель разделенных пучков света выполнены в виде слоев из материала, обеспечивающего возможность частичного отражения пучков света, и нанесенных на боковые грани входа и выхода пучков света электрооптических элементов.The electro-optical elements at the base have an obtuse trapezoid with an acute angle with a smaller base equal to the Brewster angle, while the light flux divider and connector of the separated light beams are made in the form of layers of material that allows partial reflection of light beams, and deposited on the side faces of the entrance and exit light beams of electro-optical elements.
Диэлектрический зазор выполнен воздушным или заполнен оптическим клеем.The dielectric gap is made by air or filled with optical glue.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-6 представлены модификации электрооптического модулятора по схеме интерферометра Маха-Цендера.The invention is illustrated by drawings, where Figures 1-6 show modifications of an electro-optical modulator according to the scheme of the Mach-Zehnder interferometer.
На фиг.7 представлена основная характеристика электрооптического модулятора, выполненного из кристаллов LiNbO3, как зависимость интенсивностей двух выходных световых пучков от приложенного управляющего напряжения.Figure 7 presents the main characteristic of an electro-optical modulator made of LiNbO 3 crystals, as the dependence of the intensities of two output light beams on the applied control voltage.
Позициями на фиг.1-6 обозначены: 1 - делитель светового потока на два пучка света, 2 - соединитель разделенных пучков света, 3 - электрооптические элементы, 4 - электроды, 5 - отражающие элементы, 6 - поглощающий элемент.The positions in FIGS. 1-6 indicate: 1 - the divider of the light flux into two light beams, 2 - the connector of the separated light beams, 3 - electro-optical elements, 4 - electrodes, 5 - reflective elements, 6 - absorbing element.
Электрооптический модулятор включает делитель светового потока 1 на два пучка света, два электрооптических элемента 3, расположенных в плечах модулятора, и соединитель разделенных пучков света 2, которые образуют схему интерферометра Маха-Цендера. На поверхность электрооптических элементов 3 нанесены электроды 4 в виде напыления металла. Электроды 4 подключены к источнику управляющего напряжения (не показано). Электрооптические элементы выполнены в виде уплощенных призм из монокристаллического материала, обладающего линейным электрооптическим эффектом, например ниобата лития, титаната бария, бастрона и др. Основания и две боковые грани каждой из призм расположены в параллельных плоскостях, при этом основания призм могут представлять собой, например, прямоугольную, или равнобедренную, или тупоугольную трапеции, или прямоугольник, или параллелограмм. Боковые грани призм содержат просветленные области для входа и выхода разделенных пучков света и снабжены отражающими элементами 5. Отражающие элементы могут являться частью электрооптических элементов и представляют собой отполированные грани кристалла, от которых свет отражается в условиях эффекта полного внутреннего отражения (фиг.1-2, 4-6), или диэлектрические структуры (слои), напыленные на электрооптические элементы (фиг.3). Делитель светового потока 1 и соединитель разделенных пучков света 2 могут быть выполнены в виде светоделительных кубиков из монокристаллического оптически прозрачного материала, составленных из двух равновеликих прямоугольных треугольных призм с взаимно ортогональными боковыми гранями и отполированными гипотенузными гранями (фиг.1-3). Призмы склеены между собой по гипотенузным граням оптическим клеем. Делитель светового потока 1 и соединитель разделенных пучков света 2 также могут быть выполнены в виде прямоугольных треугольных призм, соединенных с электрооптическими элементами с помощью оптического клея (фиг.4). При этом призмы изготавливают из оптически прозрачного материала с показателем преломления, близким или одинаковым с показателем преломления материала электрооптических элементов для предотвращения нарушения траектории распространения световых пучков, вызванного преломлением. Толщину слоя клея выбирают близкой к величине 0,1 оптической длины волны света в материале клея с показателем преломления в диапазоне 1,2-1,45, что обеспечивает в месте склейки режим нарушенного полного внутреннего отражения. В электрооптическом модуляторе, представленном на фиг.5, делитель светового потока 1 и соединитель разделенных пучков света 2 выполнены в виде диэлектрических или металлических тонких пленок, нанесенных на две боковые грани входа и выхода световых пучков, скошенных под углом Брюстера, при этом световые пучки поляризованы перпендикулярно плоскости оснований призм и вводятся и выводятся из электрооптических элементов также под углом Брюстера, что создает ортогональное направление движения расщепленных и соединенных пучков света. Кроме того, электрооптический элемент 3 выполнен с элементом поглощения 6, образованным путем напыления поглощающей структуры в области выхода светового пучка.The electro-optical modulator includes a
В модификации модулятора, представленного на фиг.6, оба электрооптических элемента соединены между собой путем склейки оптическим клеем по наиболее длинным граням.In the modification of the modulator shown in FIG. 6, both electro-optical elements are interconnected by gluing with optical glue along the longest edges.
Электрооптический модулятор работает следующим образом. Исходный монохроматический световой поток попадает на делитель светового потока 1 и делится на два одинаковых пучка, движущихся далее ортогонально друг другу. Эти два пучка направляются в электрооптические элементы 3, в которых при подаче на электроды управляющего напряжения происходит изменение показателя преломления за счет поперечного эффекта Поккельса. Благодаря этому один из световых пучков "замедляется", а другой "ускоряется", и они приобретают взаимную разность фаз, максимальная величина которой достигает π рад. В ходе распространения световых пучков в электрооптических элементах направление их движения корректируется с помощью отражающих элементов 5, придающих пучкам света необходимую траекторию. После электрооптических элементов 3 световые пучки попадают в соединитель разделенных пучков света 2. Так как во всех представленных модификациях электрооптических модуляторов соединение (интерференция) световых пучков происходит на тонком диэлектрическом зазоре в условиях эффекта нарушенного полного внутреннего отражения или в сходных условиях, то интенсивность световых пучков в каждом из двух выходов модулятора будет обусловлена выражениями:Electro-optical modulator operates as follows. The initial monochromatic luminous flux falls on the
где I1 - интенсивность светового пучка в первом выходном канале модулятора, I2 - интенсивность светового пучка во втором выходном канале модулятора, А - амплитуда светового пучка в первом плече модулятора, G - амплитуда светового пучка во втором плече модулятора, которая может быть представлена как Aejϕ, причем 
Пример 1. Был изготовлен электрооптический модулятор (см. фиг.1), электрооптические элементы которого выполнены в виде призм из ниобата лития LiNbO3 высотой 3 мм и с основаниями в виде прямоугольной трапеции высотой 5 мм, длина большего основания которой равна 40 мм. Одна из боковых сторон трапеции образует угол с большим основанием трапеции, равный 45°. Оси z обоих электрооптических элементов параллельны и направлены в противоположные стороны. Электроды сформированы на основаниях электрооптических элементов путем напыления на них меди. Скошенные торцевые грани электрооптических элементов, используя эффект полного внутреннего отражения, выполняли роль зеркал. В качестве делителя и соединителя световых потоков использованы светоделительные кубики с пропорцией прошедшего и отраженного пучков света 50/50 и с длиной ребра, равной 10 мм. Кубики состоят из двух призм с основаниями в форме равнобедренного прямоугольного треугольника, выполненных из ниобата лития, склеенных между собой по гипотенузным граням оптическим клеем марки ПЭО-110К с показателем преломления, приблизительно равным 1.5, и функционирующие на эффекте нарушенного полного внутреннего отражения. Входные и выходные грани светового потока светоделительных кубиков и электрооптических элементов просветлены посредством напыления на них слоя окиси алюминия Al2O3. Светоделительные кубики расположены относительно электрооптических элементов таким образом, что выходные грани делителя и входные грани соединителя параллельны входным и выходным граням электрооптических элементов соответственно. Распространение света в электрооптических элементах имеет преимущественно прямолинейный характер, за исключением областей, прилегающих к зеркалам. Исходный световой поток, попадая на светоделительный кубик, разделяется на два ортогональных световых пучка, один из которых продолжает распространяться в том же направлении внутри электрооптического элемента, что и исходный поток, а затем, достигнув противоположной отполированной грани, перенаправляется во второй светоделительный кубик. Второй световой пучок попадает в другой электрооптический элемент и, отражаясь от его полированной грани, проходит сквозь него, также попадая на второй светоделительный кубик, где оба световых пучка интерферируют и выходят из модулятора по двум каналам.Example 1. An electro-optical modulator was made (see Fig. 1), the electro-optical elements of which are made in the form of prisms of lithium niobate LiNbO 3 with a height of 3 mm and with bases in the form of a rectangular trapezoid with a height of 5 mm, the length of the larger base of which is 40 mm. One of the sides of the trapezoid forms an angle with a large base of the trapezoid, equal to 45 °. The z axis of both electro-optical elements are parallel and directed in opposite directions. The electrodes are formed on the bases of electro-optical elements by sputtering copper on them. The beveled end faces of electro-optical elements, using the effect of total internal reflection, served as mirrors. As a divider and connector of light fluxes, beam-splitting cubes with a proportion of transmitted and reflected light beams of 50/50 and with an edge length of 10 mm were used. The cubes consist of two prisms with bases in the form of an isosceles right triangle made of lithium niobate, glued to each other along hypotenuse faces with PEO-110K optical glue with a refractive index of approximately 1.5, and operating on the effect of impaired total internal reflection. The input and output faces of the luminous flux of beam-splitting cubes and electro-optical elements are clarified by spraying on them a layer of aluminum oxide Al 2 O 3 . The beam splitting cubes are located relative to the electro-optical elements in such a way that the output faces of the divider and the input faces of the connector are parallel to the input and output faces of the electro-optical elements, respectively. The propagation of light in electro-optical elements is predominantly rectilinear, with the exception of areas adjacent to the mirrors. The initial luminous flux, incident on the beam splitting cube, is divided into two orthogonal light beams, one of which continues to propagate in the same direction inside the electro-optical element as the original beam, and then, reaching the opposite polished face, is redirected to the second beam splitting cube. The second light beam enters another electro-optical element and, reflected from its polished face, passes through it, also falling on the second beam-splitting cube, where both light beams interfere and exit the modulator through two channels.
Пример 2. В модификации электрооптического модулятора (см. фиг.2) использовались электрооптические элементы, выполненные в виде призм из монокристалла ниобата лития LiNbO3 высотой 3 мм с основаниями в форме равнобедренной трапеций высотой 8 мм, длиной большего основания 32 мм и острым углом при большем основании трапеции, равным 45°. Электроды сформированы на основаниях электрооптических элементов путем напыления на них меди. В качестве делителя и соединителя световых потоков использованы светоделительные кубики, описанные в примере 1. Светоделительные кубики расположены относительно электрооптических элементов таким образом, что выходные грани делителя и входные грани соединителя параллельны входным и выходным граням электрооптических элементов соответственно. Входные и выходные грани светоделительных кубиков и электрооптических элементов просветлены посредством напыления слоя окиси алюминия Al2O3. Такая конфигурация модулятора позволяет исходному световому пучку, расщепившись на делителе на два пучка света, входить в электрооптические элементы ортогонально в центр их торцевых «левых» граней и распространяться внутри электрооптических элементов, совершая нечетное количество внутренних переотражений от боковых граней под углом 45° в условиях полного внутреннего отражения, увеличивая тем самым путь, проходящий световыми пучками в зоне действия управляющего электрического поля. Световые пучки выходят ортогонально из центра «правых» торцевых граней электрооптических элементов и попадают на соединитель разделенных пучков света, где они интерферируют и выходят из модулятора по двум каналам.Example 2. In the modification of the electro-optical modulator (see Fig. 2), electro-optical elements were used, made in the form of prisms from a single crystal of lithium niobate LiNbO 3 with a height of 3 mm with bases in the form of an isosceles trapezium with a height of 8 mm, a length of a larger base of 32 mm and an acute angle at a larger trapezoid base of 45 °. The electrodes are formed on the bases of electro-optical elements by sputtering copper on them. The beam splitting cubes described in Example 1 are used as the divider and connector of the light fluxes. The beam splitting cubes are located relative to the electro-optical elements so that the output faces of the divider and the input faces of the connector are parallel to the input and output faces of the electro-optical elements, respectively. The input and output faces of the beam-splitting cubes and electro-optical elements are clarified by spraying a layer of aluminum oxide Al 2 O 3 . Such a configuration of the modulator allows the initial light beam, splitting into two light beams on the divider, to enter the electro-optical elements orthogonally to the center of their end “left” faces and propagate inside the electro-optical elements, making an odd number of internal reflections from the side faces at an angle of 45 ° under conditions of complete internal reflection, thereby increasing the path that passes through the light beams in the control zone of the control electric field. The light beams exit orthogonally from the center of the “right” end faces of the electro-optical elements and fall on the connector of the separated light beams, where they interfere and exit the modulator through two channels.
Пример 3. Электрооптические элементы (см. фиг.3) представляют собой два прямоугольных параллелепипеда, изготовленных из монокристалла ниобата лития высотой 3 мм, длинами сторон оснований 40 мм и 5 мм. На основания электрооптических элементов путем напыления нанесены слои меди, являющиеся электродами. На наиболее длинные боковые грани параллелепипеда напылен диэлектрический слой из окиси кремния SiO. Делителем и соединителем световых потоков являются светоделительные кубики (см. пример 1). Светоделительные кубики размещены относительно электрооптических элементов таким образом, что выходные грани делителя и входные грани соединителя расположены под углом 45° к входным и выходным граням электрооптических элементов. Входные и выходные грани светоделительных кубиков и электрооптических элементов просветлены посредством напыления слоя окиси алюминия Al2O3. Световые пучки, расщепившись на делителе, проникают в электрооптические элементы через боковые грани под углом 45° и выходят из них аналогичным образом. Проникая в электрооптические элементы под углом 45°, световые пучки преломляются и распространяются в них под более острым углом, что обеспечивает достижение большой многоходовости световых пучков внутри электрооптических элементов в зоне действия управляющего электрического поля.Example 3. Electro-optical elements (see figure 3) are two rectangular parallelepipeds made of lithium niobate single crystal with a height of 3 mm, the lengths of the sides of the bases of 40 mm and 5 mm. Copper layers, which are electrodes, are deposited on the bases of electro-optical elements by sputtering. On the longest side faces of the parallelepiped, a dielectric layer of silicon oxide SiO is sprayed. The divider and connector of the light flux are beam-splitting cubes (see example 1). The beam splitting cubes are placed relative to the electro-optical elements in such a way that the output faces of the divider and the input faces of the connector are located at an angle of 45 ° to the input and output faces of the electro-optical elements. The input and output faces of the beam-splitting cubes and electro-optical elements are clarified by spraying a layer of aluminum oxide Al 2 O 3 . The light beams, splitting on the divider, penetrate into the electro-optical elements through the side faces at an angle of 45 ° and exit them in a similar way. Penetrating into electro-optical elements at an angle of 45 °, the light beams are refracted and propagate into them at a sharper angle, which ensures a large multi-path light beams inside the electro-optical elements in the area of the control electric field.
Пример 4. Электрооптические элементы (см. фиг.4) представляют собой две призмы высотой 3 мм, изготовленные из ниобата лития. Основания призм имеют форму параллелограмма высотой 8 мм и длиной большей стороны 40 мм с углами 45° и 135°. Электрооптические элементы имеют напыленные на свои основания системы электродов из меди. К входной и выходной граням соответствующего электрооптического элемента приклеены треугольные призмы высотой 3 мм с помощью оптического клея марки ПЭО-110К с показателем преломления, близким к 1.5. Призмы имеют форму оснований в виде равнобедренного прямоугольного треугольника с длиной катетов 8 мм и выполнены из монокристалла ниобата лития. Призмы приклеены к электрооптическим элементам гипотенузными гранями и со слоем клея между ними и электрооптическими элементами являются делителем и соединителем световых пучков, функционирующих на принципе эффекта нарушенного полного внутреннего отражения. На входные и выходные грани светоделительных призм и электрооптических элементов напылен просветляющий слой окиси алюминия Al2O3. Распространение световых пучков в модуляторе аналогично описанному в примере 1, за исключением того, что деление светового потока на два пучка света и их интерференция происходит в области соединения треугольных призм с входной и выходной гранями электрооптических элементов соответственно.Example 4. Electro-optical elements (see figure 4) are two prisms with a height of 3 mm, made of lithium niobate. The prism bases are in the form of a parallelogram with a height of 8 mm and a length of the greater side of 40 mm with angles of 45 ° and 135 °. Electro-optical elements have copper electrode systems deposited on their bases. Triangular prisms with a height of 3 mm are glued to the input and output faces of the corresponding electro-optical element using optical adhesive PEO-110K with a refractive index close to 1.5. Prisms have the form of bases in the form of an isosceles right triangle with a leg length of 8 mm and are made of lithium niobate single crystal. Prisms are glued to electro-optical elements by hypotenous faces and with a layer of glue between them and electro-optical elements are a divider and connector of light beams that operate on the principle of the effect of impaired total internal reflection. An entrance layer of aluminum oxide Al 2 O 3 is sprayed onto the input and output faces of the beam splitting prisms and electro-optical elements. The propagation of light beams in a modulator is similar to that described in Example 1, except that the division of the light flux into two light beams and their interference occurs in the region where the triangular prisms are connected to the input and output faces of the electro-optical elements, respectively.
Пример 5. Электрооптические элементы (см. фиг.5) представляют собой две призмы высотой 3 мм, изготовленные из ниобата лития. Основания призм представляют собой тупоугольную трапецию высотой 8 мм, длиной большего основания 40 мм, острым углом при большем основании, равным 45°, и острым углом при меньшем основании, равным 56°, который в данных условиях является углом Брюстера. Входом, а также делителем исходного светового пучка является меньшая боковая грань одного из электрооптических элементов. Поляризованный перпендикулярно плоскости оснований призм световой пучок вводится в электрооптические элементы и выводится из них под углом Брюстера к нормали, за счет чего исходный световой поток делится на два ортогональных друг другу пучка света, что позволяет в конечном итоге двум разделенным световым пучкам распространяться параллельно в плечах модулятора. Так как деление поляризованных световых пучков при падении на границу раздела двух сред под углом Брюстера не дает деления с соотношением отраженного и прошедшего света как 50/50, то на обе грани, наклоненные под углом Брюстера, напыляют семипроцентно отражающие диэлектрические зеркала из окиси кремния SiO. Две оставшиеся меньшие боковые грани электрооптических элементов выполняют роль корректирующих зеркал, действующих на эффекте полного внутреннего отражения. Электрооптические элементы имеют напыленные на основания системы медных электродов. Т.к. один из выходных световых каналов выходит обратно внутрь электрооптического элемента и не является полезным, на длинную боковую грань электрооптического элемента в области выхода светового пучка нанесен поглощающий элемент 6, как показано на фиг.5, для исключения переотражения и распространения отраженного светового пучка внутри электрооптического элемента.Example 5. Electro-optical elements (see figure 5) are two
Пример 6. Электрооптические элементы (см. фиг.6) выполнены в виде призм из монокристалла ниобата лития LiNbO3 высотой 3 мм с основаниями в форме равнобедренных трапеций высотой 8 мм, длиной большего основания 32 мм. Стороны трапеции образуют с большим основанием углы, равные 45°. Электроды сформированы на основаниях электрооптических элементов путем напыления на них меди. Электрооптические элементы склеены между собой большими боковыми гранями с помощью оптического клея марки ПЭО-110К, имеющего показатель преломления, близкий к величине 1.5, что позволяет слою данного клея выступать в качестве тонкого диэлектрического зазора между двумя электрооптическими элементами и использоваться в качестве делителя и соединителя световых пучков. Входные и выходные грани электрооптических элементов просветлены посредством напыления слоя окиси алюминия Al2O3. Исходный световой поток ортогонально заходит в середину торцевой грани одного из электрооптических элементов и, достигая внутри него слоя склейки, делится на два световых пучка, которые распространяются в электрооптических элементах, совершая нечетное число полных внутренних отражений от внешних и внутренних боковых граней, что обеспечивает их движение по ломаной линии в зоне действия управляющего электрического поля.Example 6. Electro-optical elements (see Fig.6) are made in the form of prisms from a single crystal of lithium niobate LiNbO 3 with a height of 3 mm with bases in the form of isosceles trapezium with a height of 8 mm and a length of a larger base 32 mm. The sides of the trapezoid form angles of 45 ° with a large base. The electrodes are formed on the bases of electro-optical elements by sputtering copper on them. The electro-optical elements are glued together by large lateral faces using a PEO-110K optical adhesive with a refractive index close to 1.5, which allows the layer of this adhesive to act as a thin dielectric gap between two electro-optical elements and be used as a divider and connector of light beams . The input and output faces of electro-optical elements are clarified by spraying a layer of aluminum oxide Al 2 O 3 . The initial luminous flux orthogonally enters the middle of the end face of one of the electro-optical elements and, reaching the gluing layer inside it, is divided into two light beams that propagate in the electro-optical elements, making an odd number of total internal reflections from the external and internal side faces, which ensures their movement along a broken line in the control electric field.
На фиг.7 представлена зависимость интенсивностей двух выходных световых пучков от приложенного управляющего напряжения, демонстрирующая возможность достижения глубин модуляции вплоть до 100% с величиной управляющего напряжения 150 В.7 shows the dependence of the intensities of two output light beams on the applied control voltage, demonstrating the possibility of achieving modulation depths up to 100% with a control voltage of 150 V.
В предлагаемом решении отсутствуют оптические волноводные структуры, и распространение света имеет пучковый характер в кристаллической среде, что позволяет управлять лазерным излучением мощностью до 5 Вт, что на два порядка превосходит возможности прототипа. Наличие делителя светового потока на два пучка света и соединителя разделенных и измененных по фазе пучков света позволяет получить интерференционное управляемое взаимно скорректированное изменение интенсивности света на каждом из двух выходов модулятора по сравнению с исходным светом в пределах от величины, близкой к нулю, до почти максимальной величины.In the proposed solution, there are no optical waveguide structures, and the propagation of light has a beam character in a crystalline medium, which allows you to control laser radiation with a power of up to 5 W, which is two orders of magnitude superior to the capabilities of the prototype. The presence of a light flux divider into two light beams and a coupler of separated and phase-modified light beams allows one to obtain an interference controlled mutually corrected change in the light intensity at each of the two outputs of the modulator compared to the initial light in the range from close to zero to almost maximum .
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137927/28A RU2405179C1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Electrooptic modulator on mach-zehnder interferometre circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137927/28A RU2405179C1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Electrooptic modulator on mach-zehnder interferometre circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2405179C1 true RU2405179C1 (en) | 2010-11-27 |
Family
ID=44057693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137927/28A RU2405179C1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Electrooptic modulator on mach-zehnder interferometre circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2405179C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680990C1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-03-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Coplanar waveguide of electrooptic modulator of traveling of wave on basis of mach-zehnder interferometer |
| RU194138U1 (en) * | 2019-08-16 | 2019-11-28 | Государственное научно-производственное объединение "Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника" | Radio-photon device for the formation of ultra-wideband microwave signals |
| RU2794061C1 (en) * | 2022-10-13 | 2023-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Thin-film converter for electro-optical crystal |
-
2009
- 2009-10-13 RU RU2009137927/28A patent/RU2405179C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680990C1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-03-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Coplanar waveguide of electrooptic modulator of traveling of wave on basis of mach-zehnder interferometer |
| RU194138U1 (en) * | 2019-08-16 | 2019-11-28 | Государственное научно-производственное объединение "Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника" | Radio-photon device for the formation of ultra-wideband microwave signals |
| RU2794061C1 (en) * | 2022-10-13 | 2023-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Thin-film converter for electro-optical crystal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4127320A (en) | Multimode optical modulator/switch | |
| EP0112732B1 (en) | Non-linear integrated optical coupler and parametric amplifier using the same | |
| CN104204843B (en) | Electro-optic distance-measuring device | |
| US9810964B2 (en) | Electro-optic modulator having identical forward and backward electro-optic response | |
| CA2134715C (en) | Optical external modulator for optical telecommunications | |
| JP2003172912A (en) | Liquid crystal variable wavelength filter device and driving method therefor | |
| US8446657B2 (en) | Method and apparatus for modulating light | |
| CN203490436U (en) | Electro-optics Q-switch optical switch | |
| CN109343222A (en) | Augmented reality Optical devices | |
| RU2405179C1 (en) | Electrooptic modulator on mach-zehnder interferometre circuit | |
| TW201441721A (en) | Optic-electro modulator | |
| JPS61160003A (en) | Optical interference measuring device | |
| JPH04172316A (en) | Wave guide type light control device | |
| TWI540357B (en) | Electrooptical modulator | |
| JPH02170142A (en) | Waveguide type optical control device and driving method thereof | |
| CN103197431B (en) | Optical fiber coupler | |
| RU94726U1 (en) | ACOUSTOPTIC DEVICE FOR CONTROL OF TWO-COLOR RADIATION | |
| JP4519436B2 (en) | Reflective light modulator | |
| CN208297874U (en) | A kind of electro-optical attenuator | |
| CN210376933U (en) | Optical fiber electro-optic modulator | |
| JP2998373B2 (en) | Light control circuit | |
| JP2993192B2 (en) | Light control circuit | |
| NL8602425A (en) | REFLECTOR FOR OPTICAL FIBERS. | |
| JP2013122548A (en) | Optical deflection element and optical deflector | |
| CN103869418B (en) | A kind of wide spectrum high damage threshold optoisolator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111014 |