SU607169A1 - Kerr electrooptical modulator - Google Patents

Kerr electrooptical modulator

Info

Publication number
SU607169A1
SU607169A1 SU762335553A SU2335553A SU607169A1 SU 607169 A1 SU607169 A1 SU 607169A1 SU 762335553 A SU762335553 A SU 762335553A SU 2335553 A SU2335553 A SU 2335553A SU 607169 A1 SU607169 A1 SU 607169A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
light
modulator
electrodes
cell
cells
Prior art date
Application number
SU762335553A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Самарий Матвеевич Нейман
Original Assignee
Ленинградский Электротехнический Институт Связи Имени Проф. Бонч-Бруевича
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский Электротехнический Институт Связи Имени Проф. Бонч-Бруевича filed Critical Ленинградский Электротехнический Институт Связи Имени Проф. Бонч-Бруевича
Priority to SU762335553A priority Critical patent/SU607169A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU607169A1 publication Critical patent/SU607169A1/en

Links

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

(54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР КЕРРА(54) ELECTROOPTICAL KERRA MODULATOR

Изобретение относитс  к электроопти ческим модул торам света и может быть использовано в фототелеграфной аппаратуре , в аппаратуре звукозаписи и в дру гих приборах, где требуетс  преобразование электрических сигналов в видимые элементы изображени  и запись производитс  на светочувствительные слои путе модул ции светового потока. Известен электрооптический модул то света, работающий на эффекте Керра ij Такие модул торы малоинерционны, но они имеют очень малое входное оптическое отверстие, что практически полностью исключает возможность их применени  в аппаратуре телеграфной (фото) и звукозаписи. Дл  того,чтобы не увеличивать рассто ние  ежду управл ющими электродами на вход известного модул тора пода етс  почти параллельный пучок света с очень малым сечением (около ) . Уве личение же этого рассто ни  приводит к необходимости пропорционального уве личени  управл ющего напр жени . Известны жидкостные модул торы на основе эффекта Керра, которые имеют также некоторое применение в технике высоких частот в светодальномерах (радиогеодезии ). Такие модул торы малоинерционны; в конструктивном отношении они очень простые и эконс нически оправданы, например , при использовании их в светодальномерах стоимость такого модул тора составл ла около 50 руб, в то врем  как кристаллические модул торы имеют стоимость от 1000 до 2500 руб. Известные модул торы обеспечивают работу на частотах сотни мегагерц, но дл  уменьшени  управл ющего напр жени  и подводимую к модул тору мощность несколько ограничивают глубину модул ции (до 50%). Kpcwe того, во всех этих устройствах они имеют такое конструктивное выполнение, которое обеспечивает возможность работы только при подаче на вход светового потока в виде параллельного пучка лучей (большей части диаметр пучка от 1 до 3 мм). Ближайшим по технической сущности к описываемому изобретению  вл етс  электрооптический модул тор, содержащий оптический фокусирующий элемент (линзу ) , пол ризатор, модул торную  чейку, выполненную в виде кюветы, заполненной нитробензолом, в которой установлены параллельно один к другому два электрода , и анализатор З. Хот  в модул торе и происходит фокусировка попадающего в  чейку светового пучка , однако в нем не обеспечиваетс  найлучии  светова  эффектив ность модул тора и параметры его эле .ментов не определены, т.е. он имеет низкую световую эффективность. С целью повышени  световой эффектив ности в предлагаемом модул торе оптиче кий фокусирующий элемент выполнен таки образом, что он формирует сход щийс - пучок света с апертурньм углом более 10, на пути которого последовательно расположено К модул торных  чеек, при этом К выбрано из усЛови  egciod-M) )-2 V вх у где К - ближайшее целое число; м - требуема  глубина модул ции в процентах, й дол  светового потока, получающа с  на выходе одной  чейки, установленной на темноту за счетДёпоЛ риэации света при отражении его от внутренних поверхностей электродов, на которые нанесен слой вещества с показателем преломлени  света меньшим чем у нитробензола, например стекло легкий крон или плавленный кварц, Д на электродов в направлении распространени  света определ етс  условием .М tg-в . где N - число отражений от внутренних поверхностей электродов дл  крайних лучей падающего на модул тор сход щегос  светового пучка ( N 100 (3 - рассто ние между электро,дами; . &- угол между внутренней поверхностью электродов и направлением падени  на нее крайнего луча, ширина электродов выбрана в пределах попереч ного размера светового пучка, падающе го на модул тор. С целью упрощени  конструкции в предлагаемом модул торе электроды модул торных  чеек вместе с анализатора ми могут быть заключены в одну кювету при этом анализатор предыдущей  чейки служит пол ризатором последуквдей  чей ки. При подаче сход щегос  светового потока с апертурным углом 20-30° количество света, которое можно пропустить через такой модул тор, может воз расти в 500-2000 раз, что значительно- : повышает его световую эффективность . Частична  депол ризаци  света . возникающа  при отражении от внутренних поверхностей электродов, может пр вести к понижению глубины модул ции светового потока до 80% в зависимости от длины электродов и рассто ни  между электродами. В тех случа х, когда это недопустимо, глубина модул ции может быть повышена до требуемого значени  путем повторного пропускани  света через такой же модул тор (только без пол ризатора). На фиг. 1 приведена схема предлагаемого модул тора; на фиг. 2 - схема прохождени  светового луча в модул торной  чейке; на фиг. 3 и 4 - схемы с использованием в качестве оптических элементов дл  получени  сход щегос  светового потока цилиндрических и соответствующих сферических линз, на фиг. 5 - схема модул тора при прохождении света через две последовательно расположенные модул торные  чейки; на фиг. б - реализаци  модул тора, когда две последовательно включенные модул торные  чейки выполнены в виде одной общей конструкции; на фиг. 7 - модул ционные характеристики дл  работы одной модул торной  чейки и двух последовательно установленных  чеек соответственно; на фиг. 8 и 9 - диаграммы взаимного положени  плоскостей пропускани  пол ризатора и обоих анализаторов дл  двух режимов работы,при прохождении света через две модул торные  чейки. Предлагаемый модул тор содержит модул торную  чейку, выполненную в виде стекл нной кюветы 1, заполненной жидкостью (например, нитробензо-, лом),-котора  под действием электрического пол  становитс  анизотропной. Внутри стекл нной кюветы 1 помещаютс  два электрода 2. На входную щель, образовавшуюс  между этими электродами, с помощью оптического элемента 3 подаетс  сход щийс  пучок света 4. Перед модул -торной  чейкой находитс  пол ризатор 5,а за ней анализатор б.Длина управл К )щих электродов 2 в направлении распространени  света t при заданном значении апертурного угла ip и ,рассто нии между электродами с(. устанавливаетс  такой, что дл  большей части световых лучей имеет место отражение их от внутренних поверхностей управл ющих электродов . Число отражений должно быть небольшим, так как каждое отражение понижает глубину модул ции одно чейкового модул тора примерно на 1 % (при оптимальных соотношени х показателей преломлени  и ) N 100-M, где ЛЛ - глубина модул ции; N - число отражений; в - угол между, внутренней пойерхностью электродов 2 и направлением падени  луча в среде нитробензола.The invention relates to electro-optical light modulators and can be used in photo-telegraph equipment, in recording equipment and in other devices that require the conversion of electrical signals into visible elements of the image and recording is performed on the photosensitive layers by modulating the luminous flux. The electro-optic light module operating on the Kerr effect is known. These modulators are low-inertia, but they have a very small optical input opening, which almost completely excludes the possibility of their use in telegraph equipment (photo) and sound recording. In order not to increase the distance between the control electrodes, an almost parallel beam of light with a very small cross section (about) is fed to the input of the known modulator. Increasing this distance leads to the need for a proportional increase in the control voltage. Known liquid modulators based on the Kerr effect, which also have some use in the technique of high frequencies in the range finder (radio geodesy). Such modulators are low-inertia; in a constructive sense, they are very simple and exon cally justified, for example, when using them in a range finder, the cost of such a modulator was about 50 rubles, while crystalline modulators have a cost from 1000 to 2500 rubles. Known modulators provide operation at frequencies of hundreds of megahertz, but to reduce the control voltage and the power supplied to the modulator, the modulation depth is somewhat limited (up to 50%). Kpcwe addition, in all these devices they have such a constructive implementation, which provides the ability to work only when applied to the input of the luminous flux in the form of a parallel beam of rays (most of the beam diameter from 1 to 3 mm). The closest in technical essence to the described invention is an electro-optical modulator containing an optical focusing element (lens), a polarizer, a modulator cell made in the form of a cell filled with nitrobenzene, in which two electrodes are installed parallel to each other, and an analyzer Z. Although the light beam entering the cell is focused in the modulator, it does not ensure the luminous efficiency of the modulator and the parameters of its element are not defined, i.e. It has a low luminous efficiency. In order to increase the luminous efficiency in the proposed modulator, the optical focusing element is made in such a way that it forms a convergent — a beam of light with an aperture angle of more than 10, on the path of which K is successively located, the modulator cell is selected from egciod- M)) -2 V in y where K is the nearest integer; m is the required modulation depth as a percentage, the fraction of the luminous flux received at the exit of a single cell set to darkness due to the reflection of light from the internal surfaces of electrodes on which a layer of a substance with a light refractive index less than that of nitrobenzene is applied, For example, light kroner glass or fused quartz, D on the electrodes in the direction of light propagation is determined by the condition. M tg-c. where N is the number of reflections from the inner surfaces of the electrodes for the extreme rays of a converging light incident on the modulator (N 100 (3 is the distance between the electrodes, d., & angle between the inner surface of the electrodes and the direction of incidence of the extreme beam on it, the width of the electrodes is chosen within the transverse size of the light beam incident on the modulator. In order to simplify the design in the proposed modulator, the electrodes of the modulator cells together with the analyzers can be enclosed in one cell with the previous analyzer It serves as a polarizer for the subsequent ki. When a converging luminous flux with an aperture angle of 20-30 ° is applied, the amount of light that can be passed through such a modulator can increase 500-2000 times, which significantly: increases its luminous efficiency Partial depolarization of light, which occurs when reflected from the internal surfaces of the electrodes, can lead to a decrease in the modulation depth of the light flux by up to 80%, depending on the length of the electrodes and the distance between the electrodes. In cases where this is unacceptable, the modulation depth can be increased to the desired value by re-passing light through the same modulator (only without a polarizer). FIG. 1 shows the scheme of the proposed modulator; in fig. 2 is a diagram of the passage of a light beam in a modulator cell; in fig. 3 and 4 are diagrams using cylindrical and corresponding spherical lenses as optical elements for obtaining a convergent light flux; FIG. 5 is a diagram of a modulator with the passage of light through two successively located modulator cells; in fig. b - implementation of a modulator, when two series-connected modulator cells are made in the form of one common construction; in fig. 7 - modulation characteristics for operation of one modulator cell and two series-installed cells, respectively; in fig. 8 and 9 are diagrams of the relative positions of the transmission planes of the polarizer and both analyzers for two modes of operation, with the passage of light through two modulator cells. The proposed modulator contains a modulator cell made in the form of a glass cell 1 filled with a liquid (e.g., nitrobenzene), which becomes anisotropic under the action of an electric field. Two electrodes 2 are placed inside the glass cuvette 1. A converging beam of light 4 is fed to the entrance slit formed between these electrodes by means of the optical element 3. A polarizer 5 is placed in front of the modulator cell, followed by an analyzer B. Control length K ) electrodes 2 in the direction of light propagation t at a given value of the aperture angle ip and the distance between the electrodes c (. is set such that for most of the light rays they are reflected from the inner surfaces of the control electrodes. reflections should be small, since each reflection reduces the modulation depth of a single-cell modulator by approximately 1% (with optimal ratios of refractive indices) N 100-M, where LL is the modulation depth; N is the number of reflections; between, the inner surface of the electrodes 2 and the direction of incidence of the beam in the environment of nitrobenzene.

На фиг. 2 показан ход лучей внутри модул торной  чейки, при этом Пд - показатель преломлени  среды, из которой световой луч 1 входит в  чейку; же, дл  материала, из которого изготовлена кювета; г то же, дл  нитробензола; П, - то же, дл  материала, которым покрыта внутренн   поверхность уп эавл ющего электрода 2; f - угол падени  луча света на входе  чейки; 1дол преломлени  в толще стекла; & - угол, образованный падак цим лучом 7 с поверхностью управл ющего электрода,FIG. 2 shows the path of the rays inside the modulator cell, while the PD is the refractive index of the medium from which the light beam 1 enters the cell; however, for the material from which the cuvette is made; the same for nitrobenzene; P, - the same for the material with which the inner surface of the mounting electrode 2 is covered; f is the angle of incidence of the light beam at the entrance of the cell; 1dol refraction in the thickness of the glass; & - the angle formed by the padak beam 7 with the surface of the control electrode,

В точке падени  луча 7 имеет место полное внутреннее отражение, причем этот луч отклон етс  на такой же уголвAt the point of incidence of the beam 7, total internal reflection takes place, and this beam is deflected at the same angle

Модул тор работает следующим образом .The modulator operates as follows.

При подаче на вход модул тора сход щегос  пучка светового потока возможны два .Варианта его формировани ,When a convergent beam of light is supplied to the modulator input, two options are possible.

В первом варианте создаетс  световой конус сход щегос  пучка света 4 (фиг. 3), ось этого конуса расположена нормально к оптической оси анизотропной среды, определ емой .направлением электрического пол  между управл ющими электродами 2 модул тора. Такое формирование конуса лучей получаетс , например, когда в параллельный пучок света ставитс  собирающа  сферическа  линза, сход щийс  пучок света 4 собираетс  на входную щель модул тора 8 в виде небольшого свет щегос  п тна, В варианте (фиг, 4) на пути параллельного пучка света ставитс  собирающа  цилиндрическа  линза, с пс 1ощью которой создаетс  сход щийс  световой пучок 4, сжатый только в одной плоскости, а в др.угой (взаимно перпендикул рной плоскости ) лучи остаютс  параллельными друг другу.In the first embodiment, a light cone is created of a converging light beam 4 (Fig. 3), the axis of this cone is located normally to the optical axis of the anisotropic medium, determined by the direction of the electric field between the control electrodes 2 of the modulator. Such formation of a cone of rays is obtained, for example, when a collecting spherical lens is placed in a parallel beam of light, a converging beam of light 4 is collected at the entrance slit of the modulator 8 in the form of a small spot light, In a variant (FIG. 4) in the path of the parallel beam of light a collecting cylindrical lens is placed, with a ps of which a converging light beam 4 is created, compressed only in one plane, and in another arc (mutually perpendicular to the plane) the rays remain parallel to each other.

На входе  чейки создаетс  узка  свет ща с  полоска. В первом варианте плоскости падени  всех световых лучей различны и они образуют различные углы с плоскост ми главного сечени  оптической системы, а во втором варианте плоскости падени  всех световых лучей параллельны друг другу и они совпадают с плоскост ми главного сечени  оптической системы , поэтому услови : дл  по влений в системе неоднородноетей в освещенности значительно уменьшаютс . Каждый из этих вариантов формировани  светового потока имеет свои преимущества и свои недостатки, и окончательный выбор из них определ етс  в каждом отдельном случае услови ми работы прибора .:A narrow strip of light is created at the cell entrance. In the first version, the planes of incidence of all the light rays are different and they form different angles with the planes of the main section of the optical system, and in the second version, the planes of incidence of all light rays are parallel to each other and they coincide with the planes of the main section of the optical system, therefore Effects in the system of heterogeneity in illumination are significantly reduced. Each of these options for shaping the luminous flux has its advantages and disadvantages, and the final choice of them is determined in each individual case by the conditions of operation of the device.

Первый вариант обеспечивает меньшую Межэлектродную емкость и, следовательно , меньшую инерционность, т.е. имеетс  возможность пропускать более широкую полосу частот в пределах многих сотен тысйч герц, а при увеличении управл ющей мощности - и мегагерц, .The first option provides a smaller interelectrode capacitance and, consequently, less inertia, i.e. it is possible to pass a wider frequency band within many hundreds of thousand Hertz, and with an increase in the control power, the megahertz,.

. Второй вариант образовани  сход щегос  пучка света приводит к необходимости увеличени  размера управл ющих электродов в направлении, перпендикул рном распростране,нию света а, следовательно, и их электрической емкости. Это, в свою очередь, повышает инерционность системы по сравнению с первым, вариантом. Однако качество свет щегос  изображени  на выходе модул тора. The second variant of the formation of a convergent beam of light leads to the need to increase the size of the control electrodes in the direction perpendicular to the propagation of light and, consequently, their electrical capacitance. This, in turn, increases the inertia of the system compared with the first option. However, the quality of the light of the image at the output of the modulator

10 получаетс  в этом случае более однородным , поэтому, дл  полосы частот в пре;делах сотни тыс ч герц- следует рекомендовать второй вариант образовани  сход щегос  светового потока, а дл 10 is obtained in this case more uniform, therefore, for the frequency band within hundreds of thousands of hertz, the second variant should be recommended for the formation of a convergent light flux, and for

5 больших скоростей работы лучше брать первый вариант образовани  сход щегос  светового потока.5 high speeds of work it is better to take the first variant of the formation of a converging lumen.

-Дл  уменьшени  степени, депол ризации света при отражени х в описьшаемом модул торе использованы такие материалы, чтобы разница между показател ми преломлени  оптически более плотной среды и оптически менее плотной была бы незначительной . Так, например, дл  угла- In order to reduce the degree of depolarization of light in reflections in the modulator, such materials are used so that the difference between the refractive indices of the optically denser medium and the optically less dense would be insignificant. So for example for a corner

25 падени  лучей света . входе модул тора оптимальное значение этой разницы составл ет 0,03-0,04, В этом случае/плоско-пол ризованный луч при каждом отражении хот  и становитс  элепти30 чески пол ризованным, но разница фаз между компонентами отраженной волны, лежащими в плоскости падени  и перпендикул рно J плоскости падени , не превышает (2,5-3). Расчет этого сдвига25 drops of light rays. At the modulator input, the optimal value of this difference is 0.03-0.04. In this case, the plane-polarized beam at each reflection, although it becomes eleptic polarized, but the phase difference between the components of the reflected wave lying in the plane of incidence and perpendicular to the J plane of incidence, does not exceed (2.5–3). Calculation of this shift

35 сУ производитс  по следующейформуле35 sU is produced according to the following formula

tc,.-l-V( (2) 2 lij einVtc, .- l-V ((2) 2 lij einV

где Il2 - показатель преломлени  среды оптически более плотной;where Il2 is the refractive index of the optically more dense medium;

llj - показатель преломлени  среды оптически менее плотной;llj is the refractive index of the optically less dense medium;

Ц - угол наклона лучей, падающих HI границу раздела сред по отношению к нормам (фиг. 2)C - the angle of inclination of the rays incident HI interface of the media in relation to the standards (Fig. 2)

. « : V«j-«. ": V" j- "

Q- угол, образованный падак цимQ is the angle formed by the padak tsim

пуча с поверхностью управл ющего электрода ..beam with the surface of the control electrode ..

В модул торной  чейке основной средой  вл етс  нитробензол, показатель преломлени  которого в диапазоне длинIn the modulator cell, the main medium is nitrobenzene, the refractive index of which is in the range of lengths

волн от Л-0,5 мк до Л 0,645 мк имеет значение. от П 1,5685 до П2 1,5472. Внутреннюю поверхность управл ющих электродов покрывают, например, стеклом легкий крон, которое имеет дл waves from L-0.5 microns to L 0.645 microns matter. from P 1,5685 to P2 1,5472. The inner surface of the control electrodes is covered, for example, with light crown glass, which has

указанного диапазона длины волн показатель преломлени  от ,521 до Hj 1,51. Эта разница, показателей преломлени  между нитробензолом и стеклом легкий крон  вл етс  дл  используемых условий близкой к сэттимальной. Пригоден также плавленный кварц, имеющий значение показател  прелсмлени  , дл  видимого диапазона лучей й пределах от 1,4560 до 1,4697. Однако, так как разница в значении показател  пре лсмлени  у кварца и у нитробензола больше, чем у стекла легкий крон и ви робензола, то это приводит к нескольк большей депол ризации света, что неж1элательно . При правильном и оптимальном выбор конструктивных элементов описываема  конструкци  позвол ет значительно уве личи.ть количество света, проход щего через модул тор (более чем в 500 раз) при крайне незначительных потер х све та за счет отражени  (без увеличени  управл ющего напр жени  на электродах В тех же случа х, когда по услови м работы прибора требуетс  значительно снизить управл ющее напр жение, приходитс  увеличивать длину б электро дов (в направлении распространени  све та) и уменьшать рассто ниеd между эле тродами, так как напр жение определ е с  из выражени  где В - посто нна  Керра; ид|2 полуволновое напр жение (т.е. напр жение,при котором обеспечиваетс  поворот плоскости пол ризации на угол -§ Как следует из выражени  (1) этоТ1 путь снижени  U д приводит к увеличению числа отражений N и, следователь но, к увеличению делол визующей части света. Так, например, при мм, (,5 мм, f 20°,число отражений ,N согласно выражению (1) составл ет .... N«-|-tgre |-|tgre, (5) где угол&. определ етс  дл  нйтрЪ бензола следующим образом. Если апертурный угол падающих на модул тор лучей света tf 20 и показа тель преломлени  дл  нитробензола ,563 (дл  ,52 мм), то можно написать следующие соотношени  (фиг. 2) Пр 61П 4 ч в Hjj sine-, (б так как п, (дл  воздуха) , , 563,то ттй Откуда , согласно выражению (1) .,224-18При мм, ,5 мм и If 20 N « 9. При таком относительно большомчис ле отражений (дл  самых крайних сход  щихс  лучей света) депол ризованна  часть света в одном случае составл ет лО 17%, а в другом случае - 8,5%, что приводит к соответствующему понижению глубины модул ции в одном случае почти до 80%, а в другсм случае-до 90% (см. вариант № 1 и 2 в таблице). В тех случа х, когда глубина модул ции в 80% и 90% по услови м работы прибора допустима,этот режим может быть прин т,Однако,если это не приемлемо,то может быть использован следующий путь дл  (снижени вли ни  депол ризующей части света на глубину модул ции: световой поток после прохождени  через первую модул торную  чейку направл етс  на такую же вторую1модул торную  чейку (фиг. 5). На выходе второй модул торной  чейки за счет депол ризации оп ть останетс  световой поток, равный 17% от входного потока дл  первого варианта и 8,5% дл  второго варианта. Таким образом, дл  первого варианта после второй  чейки депол ризующа  часть света составл ет 0,17 xO,l7 ,029, т.е. 2,9%, а дл  второго варианта -- 0,085 X 0,085 0,0072, т.е. 0,72%, что повышает глубину модул ции в одном случае до 97%, а в другом до 99% (рассматриваетс  режим модул тора , установленного на темноту). Если требуетс  еще больше подавить депол ризующуюс  часть света,то можно пропустить световой поток через третью модул торную- чейку, что приводит к дальнейшему повышению глубины модул ции. Число необходимых модул торных  чеек К дл  обеспечени  требуемой , глубины модул ции может быть определено из следующего выражени  egcioo-MV2 :j.4 (ближайшее целое ц Va число) где М - требуема  глубина модул ции , %;ф,.... -дол  светового потока на выходе одной модул торной  чейки, установленной на темноту от потока на входе (за счет депол ризации). В тех случа х, когда по конструктивным соображени м нежелательно включать последовательно несколько модул торных  чеек, можно применить  чейку с меньшим числом отражений. Например, по пункту 8 таблицу при мм, 30,5 мм, число отражений светового потока от внутренних поверхностей , глубина модул ции в одной  чейке составл ет 98%, а при двух  чейках достигает почти 100%. При последовательном прохождении света через р д модул торных  чеек анализатор, установленный в предыдущей модул торной  чейке, выполн ет одновременно функции пол ризатора дл  последующей модул торной  чейки. Модул ционна  характеристика дл  двух последовательно включенных модул торных  чеек (фиг. 7, втора  крива ) имеет большую крутизну, чем длд одной  чейк ( фиг, 7, перва  крива ). Если к такой системе подвести посто нное смещение, равное около 0,75ид/2,то при работе в черно-белом режиме дл  .управлени  модул тором потребуетс  сигнал, равны только О ,25 ид/2. При работе в полутоновом режиме эт характеристику необходимо видоизменит путем включени  нелинейных элементов, дл  обеспечени  правильного воспроизведени  оптических плотностей. Взамен пропускани  света через р д последовательно включенных модул торных  чеек (фиг. 5) можно в цел х упро щени  и удешевлени  конструкции приме нить усТройстёо с двум  или трем  отдельными модул торными  чейками (фиг. 6), состо щее из стекл нной  чейки, заполненной нитробензолом, двух или трех пар управл ющих электродов 2 и анализатора 6 (одного или двух, в зависимости от числа пар электродов), зажатого вплотную между обеими парами смежно расположенных с ним электродов. Со стороны входа этого устройства находилс  пол ризатор 5 и оптическа  система 3, обеспечивающа  получение сход щегос  иучка света, а со стороны выхода - анализатор также оптическа  система. Благодар  такому способу решени  задачи по сравнению со способом последовательного пропускани  света чере отдельные (одно чейковые) модул торы (фиг. 5). отпадает необходимость устанавливать между модул торами оптические элементы; уменьшаютс  габариты все го прибора и общие потери света. При практической реализации двух чейкового модул тора (в одном корпусе чтобы весь световой поток, который выходит из щели первой  чейки должен попасть во входную щель второй  чейки . Дл  этого рассто ние между электро дами во второй  чейке беретс  несколь ко большим, чем рассто ние между элек тродами в первой  чейке. Величина этой разности (d - d,) определ етс  толщиною зажатого между  чейками анализатора . При использовании дл  модул ции двух отдельных модул торных  чеек (фиг. 1) или одного двух чейкового модул тора (фиг. 6) устанавливаетс  оптимальное вэаимоположение плоскостей пропускани  пол ризатора и обоих анализаторов . Здесь может быть предложено большое число вариантов,решающих эт задачу.Дл  каждого из этих вариантов требуетс  вполне определенное соотнс ие ние между значени ми напр жений,подвод мых к обоим парам управл ющих электро дов . Так как в жидкостных электроопти ческих модул торах света имеет место квадратична  зависимостьизменени  разности фаз от модулирующего напр же ни , а интенсивность света на выходе юдул тора пропорциональна квадрату синуса от разности фаз, то начальный участок роста светового потока от приложенного напр жении получаетс  очень пологим, т.е. практически малоэффективным (фиг. 7) , Лрй этом по оси ординат отложен относительный рост светового потока, а по оси абсцис-относительное значение приложенного к электродам напр жени . Крива  1 (фиг. 7) дл  одной модул торной  чейки, а крива  2 дл  двух последовательно включенных модул торных  чеек, причем дл  кривой 1 на участке изменени  напр жени  от нул  до(0,3 - 0,4) ид,2 световой поток мен етс  очень мало (на 3-5%), поэтому лучше к такому модул тору приложить посто нное напр жение, равное и д,2, а затем уменьшить его до (0,60 ,7) от Uj(2,.B этом случае измен юща с  часть напр жени  на электродах должна составл ть только (60-70%) от максимального, что облегчает схемную реализацию устройства. Взаимное положение плоскости про пускани  пол ризатора 5 и обоих анализаторов при работе по схеме, привеЬ денной на фиг. 5 или фиг. 6,,/будет следующим (см. диаграмму на фиг. 8)Г анализатор 6 расположен накрест с ана лизатором б . При отсутствии сигнала из канала св зи св  зи с этим плоскости пол ризации в обоих модул торах поворачиваютс  на 90°. Слет через систему проходит максимальный . В момент прихода -из канала св зи управл ющего сигнала напр жени  U и U начинают уменьшатьс , а плоскости пол ризации вращаютс  в обратную сторону , стрем сь к своему исходному положению .В этом случае в первой  чейке nqf л ризованный свет задержитс  aнaлизaтClfром 6.Депол ризованна  ,же часть звета т.е. та часть, у которой плоскость колебаний совпадает с направлением пропускани  анализатора б , проходит через этот анализатор, но при этом этот остаток светового потока становитс  снова плоско-пол ризованным. Пройд  через  чейку второго модул тора, этот остаток повторно значительно уменьшаетс  и практически может дальше не учитыватьс . В тех случа х, когда в исходном положении (при. отсутствии сигнала из канала св зи) свет через модул тор не должен проходить, взаимное положение плоскостей пропускани  пол ризатора и обоих анализаторов должно быть следующим (фиг. 9)::анализаторы 6 и 6 расположены параллельно пол ризатороу 5. В исходном положении к обоим управл ющим электродам подводитс  напр жение ,2 и .cBeT через систему в этом случае не проходит. С приходом управл ющего сигнала из канала св зиThe specified wavelength range of the refractive index is from 521 to Hj 1.51. This difference between the refractive indices of nitrobenzene and glass is a slight kroner for the conditions used, which is close to the optimum. Fused quartz, having a value of the index of refraction, is also suitable for the visible range of the rays from 1.4560 to 1.4697. However, since the difference in the value of the convergence index in quartz and in nitrobenzene is greater than that of lightweight crowns and vibrobenzene, this leads to a somewhat greater depolarization of light, which is less expensive. With the correct and optimal choice of structural elements, the described design allows a significant increase in the amount of light passing through the modulator (more than 500 times) with extremely insignificant light losses due to reflection (without increasing the control voltage on the electrodes). In the same cases when, according to the operating conditions of the device, the control voltage is required to be reduced significantly, the length of the electrodes has to be increased (in the direction of light propagation) and the distance d between the electrodes is reduced, since The definition of C from the expression where B is the Kerr constant; id | 2 is the half-wave voltage (i.e., the voltage at which the polarization plane is rotated by an angle. As follows from (1), this is a T1 reduction path U d leads to an increase in the number of reflections N and, consequently, to an increase in the delol of the part of the world. For example, with mm, (, 5 mm, f 20 °, the number of reflections, N according to expression (1) is .... N “- | -tgre | - | tgre, (5) where angle & is determined for benzene nitrate as follows. If the aperture angle of the tf 20 light rays incident on the modulator and the refractive index for nitrobenzene, 563 (dl, 52 mm), you can write the following relations (Fig. 2) Pr 61P 4 h in Hjj sine-, (b since , (for air),, 563, then From where, according to expression (1)., 224-18 When mm,, 5 mm and If 20 N 9. 9. With such a relatively large number of reflections (for the most extreme converging light rays) The depolarized part of the world in one case is LO 17%, and in the other case 8.5%, which leads to a corresponding decrease in the modulation depth in one case to almost 80%, and in another see case-up to 90% (see option no. 1 and 2 in the table). In cases where a modulation depth of 80% and 90% is acceptable according to the operating conditions of the device, this mode can be accepted, However, if this is not acceptable, then the following path can be used (to reduce the effect of the depolarizing part of the world on the modulation depth: the luminous flux after passing through the first modulator cell is directed to the same second modulator cell (Fig. five). At the output of the second modulator cell, due to depolarization, there will again be a luminous flux equal to 17% of the input flux for the first variant and 8.5% for the second variant. Thus, for the first variant after the second cell, the depolarizing part of the light is 0.17 x O, l7, 029, i.e. 2.9%, and for the second variant - 0.085 X 0.085 0.0072, i.e. 0.72%, which increases the modulation depth in one case to 97%, and in the other to 99% (the mode of the modulator set to darkness is considered). If it is required to further suppress the depolarizing part of the world, then the light flux can be transmitted through the third modulator cell, which leads to a further increase in the modulation depth. The number of required modulator cells K to provide the required modulation depth can be determined from the following expression egcioo-MV2: j.4 (the nearest integer and Va number) where M is the required modulation depth,%; f, .... - the proportion of the light flux at the output of one modulator cell, which is set to the darkness of the flux at the input (due to depolarization). In cases where, for constructive reasons, it is undesirable to include several modulator cells in series, it is possible to use a cell with a smaller number of reflections. For example, in item 8, the table with mm, 30.5 mm, the number of reflections of the light flux from internal surfaces, the modulation depth in one cell is 98%, and with two cells it reaches almost 100%. With successive passage of light through a series of modulator cells, the analyzer installed in the previous modulator cell simultaneously performs the functions of a polarizer for the subsequent modulator cell. The modulation characteristic for two series-connected modulator cells (FIG. 7, second curve) has a greater steepness than for one single cell (FIG. 7, first curve). If a constant bias of about 0.75id / 2 is brought to such a system, then, when operating in black and white mode to control the modulator, a signal is required, only O, 25 id / 2 are equal. When operating in halftone mode, this characteristic needs to be modified by incorporating non-linear elements to ensure correct reproduction of optical densities. Instead of passing light through a series of consecutively connected modulator cells (Fig. 5), it is possible, in order to simplify and reduce the cost of construction, to install a three-way modular cell (Fig. 6) consisting of a glass cell filled with nitrobenzene, two or three pairs of control electrodes 2 and analyzer 6 (one or two, depending on the number of pairs of electrodes), clamped closely between both pairs of electrodes adjacent to it. On the input side of this device, there was a polarizer 5 and an optical system 3, which provided for obtaining convergent light, and on the output side, the analyzer was also an optical system. Due to this method of solving the problem, as compared with the method of sequential light transmission over individual (one cell) modulators (Fig. 5). there is no need to install optical elements between modulators; the overall dimensions of the device and the total loss of light are reduced. In the practical implementation of a two cell modulator (in one case, the entire luminous flux that emerges from the slot of the first cell must fall into the entrance slot of the second cell. To do this, the distance between the electrodes in the second cell is taken slightly higher than the distance between In the first cell, the magnitude of this difference (d - d,) is determined by the thickness of the analyzer clamped between the cells. When used to modulate two separate modulator cells (Fig. 1) or one two cell modulator (Fig. 6), optimal identification of the transmission planes of the polarizer and both analyzers. A large number of options can be proposed to solve this problem. For each of these options, a definite correlation is required between the values of the voltages applied to both pairs of control electrodes. as in liquid electro-optical moduli of light, quadratic dependence of the phase difference on the modulating voltage takes place, and the intensity of the light at the output of the jitter is proportional to the square of the sine t of the phase difference, the initial portion of the growth of the light flux from the applied voltage is very flat, i.e. practically ineffective (Fig. 7), the relative growth of the luminous flux is plotted along the ordinate axis, and the relative value of the voltage applied to the electrodes is plotted along the abscis axis. Curve 1 (Fig. 7) for one modulator cell, and curve 2 for two series-connected modulator cells, and for curve 1 in the voltage variation region from zero to (0.3 - 0.4) id, 2 light flux there is very little change (by 3-5%), so it is better to apply a constant voltage equal to d, 2 to such a modulator, and then reduce it to (0.60, 7) from Uj (2, .B In this case, the changing part of the voltage on the electrodes should be only (60-70%) of the maximum, which facilitates the circuit realization of the device. The mutual position of the floor transmission plane when working according to the scheme shown in Fig. 5 or Fig. 6 ,, / will be as follows (see diagram in Fig. 8) D analyzer 6 is located crosswise with analyzer B. In the absence of a signal from the channel In this connection, the polarization planes in both modulators are rotated by 90. The rush through the system passes the maximum. At the moment of arrival of the control signal from the control signal, the voltage U and U begin to decrease, and the polarization planes rotate in the opposite direction aspire to your starting position. In this case, in the first In the second cell, the illuminated light is delayed by the analyzer ClCl 6. The polarized light, i.e. That part, in which the oscillation plane coincides with the direction of transmission of the analyzer b, passes through this analyzer, but at the same time this remainder of the luminous flux becomes flat polarized again. Having passed through the cell of the second modulator, this residue is again significantly reduced and practically can not be further taken into account. In those cases when in the initial position (in the absence of a signal from the communication channel) the light through the modulator should not pass, the mutual position of the polarization transmission planes and both analyzers should be as follows (Fig. 9) :: analyzers 6 and 6 They are parallel to the polarizer 5. In the initial position, voltage is applied to both control electrodes, 2 and .cBeT in this case does not pass through the system. With the arrival of the control signal from the communication channel

11eleven

напр жени  U и Uj одновременно уменьшаетс , а свет через систему модул торов увеличиваетс , достигнув своего полного значени , когда U и Ug падают до установленной величины.the voltages U and Uj simultaneously decrease, and the light through the modulator system increases, reaching its full value when U and Ug fall to the set value.

Дл  фототелеграфной аппаратуры, работгиощей в телефонном канале, нужен модул тор с не очень высоким напр жением дл  управлени  (пункты 2 и 3 таблицы ) . Можно сделать сравнительную оценку световой эффективности модул тора по пункту 2 таблицы (И 20 мм, с| 0,5 В) при подаче на йего сход щегос  светового потока с апертурным углом 20 с модул тором, выполненным также на основе эффекта Керра с тем же рассто нием между электродами й«0,5 мм, но при подаче на его вход параллельного пучка света d « Ю,5 O4. Дл  образовани  сход щегос  Где d С N а и„ ,и -д М 12For phototelegraphic equipment, working in a telephone channel, you need a modulator with not very high voltage for control (points 2 and 3 of the table). It is possible to make a comparative assessment of the luminous efficiency of the modulator under item 2 of the table (And 20 mm, with | 0.5 V) when a convergent light flux with an aperture angle of 20 is applied to it with a modulator, also made on the basis of the Kerr effect with the same distance between the electrodes, «0.5 mm, but when a parallel beam of light d Ю Ю, 5 O4 is applied to its input. For the formation of a gathering of the dashes Where d C N a and „, and -d M 12

.светового потока можно использовать, (например, первый объектив, установленный в фототелеграфном аппарате Нева обеспечивающий получение сход щегос  светового потока на диафрагму с апертурным углом около 20. Диаметр этого объектива 12 мм, 2F«17,4 мм, площадь объектива 110 мм . Если ориентировочно прин ть, чтоосвещенность пучка света в сечений така  же, как и освещенность в сечении параллельного пучка света ,5 мм, падающего на вход модул тора с  чейкой Керра, то соотношение между световыми потоками дл  первого и второго варианта окажетс  рав HfciW ,: т.е. светова  эффективность предлагаемого модул тора в 560 раз выше, чем у жидкостных электрооптических модул торов света (при том же .значении :управл ющего напр жени  на электродах).Light flux can be used (for example, the first lens installed in the Neva photo-telegraphic apparatus provides a converging light flux onto the aperture with an aperture angle of about 20. The diameter of this lens is 12 mm, 2F 17,4 17.4 mm, the lens area is 110 mm. If roughly assume that the illumination of the light beam in the cross sections is the same as the illumination in the cross section of a parallel light beam, 5 mm, incident on the input of the modulator with a Kerr cell, then the ratio between the light fluxes for the first and second variants will be equal to Hf ciW, i.e., the luminous efficiency of the proposed modulator is 560 times higher than that of liquid electro-optical modulators of light (with the same value: control voltage on the electrodes).

Claims (3)

.Таблица длина электродов в направлении распространени  света; рассто ние между электродами; электрическа , межэлектродна  емкость (если размер электродов в направлении , перпендикул рном свету, равен 12 мм); число отражений от внутренних поверхностей электродов; полуволновое напр жение; дол  остаточного .светового потока на выходе одной модул торной  чейки , когда она полностью закрыта; о же, на выходе двухПоследовательно включенных модул торных  чеек t размах управл кнцего напр жени  при работе в полутоновом режиме; размах управл ющего напр жени  при работе в режиме черно-белсм, глубина модул ции, %. Формула изобретени  1. Электрооптический модул тор Керра , содержащий оптический фокусирующий элемент, пол ризатор, модул торную  чейку, выполненную в виде кюветы, зайолненной нитробензолом,в которой уста йовлены параллельно один к другому двЬ электрода, и анализатор,о т   и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  световой эффективности, оптический фокусирующий элемент выпо|1 йен. так, что он формирует сход щийс  пучок света с апертурным углом более 10, на пути которого последовательно расположено К модул торных  чеек, при этом К выбрано из услови  ggdoo-MVz е,(. где К - ближайшее целое число; М - требуема  глубина модул ции в процентах; светового потока, получающа с  на выходе одной  чейки, установленной на темноту за счет депол ризации света при отражении его от внутренних поверхностей электродов, на которые нанесен слой вещества с показателем преломлени  света меньшим, чем у нитробензола, например стекло , легкий крон или плавленный / кварц, длина электродов в направлении J 4 распространени  света определ етс  условием где N - число отражений от внутренних поверхностей электродов дл  крайних лучей падающего на модул тор сход щегос  светового пучка (N 100-M)f d- рассто ние между электродами; &- угол между внутренней поверхностью электродов и направлением падени  на нее крайнего луча, ширина электродов выбрана в пределах поперечного размера светового пучка, падающего на модул тор., 2, Модул тор по п, 1, о т л и ч аю щ и и с   тем, что, с целью упрощени  конструкции, электроды модул торных  чеек :вместе с анализаторами заключены в одну кювету, при этом анализатор предьщущей  чейки служит пол ризатором последующей  чейки. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Орловский Е.Л. Теоретические основы фототелеграфии. М., Св зь, 1957, с. 299. . . The table is the length of the electrodes in the direction of light propagation; the distance between the electrodes; electrical, interelectrode capacitance (if the size of the electrodes in the direction perpendicular to the light is 12 mm); the number of reflections from the internal surfaces of the electrodes; half wave voltage; the proportion of the residual light flux at the outlet of one modulator cell when it is completely closed; On the other hand, at the output of two Sequentially switched on modulator cells, t is the span of the control voltage when operating in the semitone mode; control voltage range when operating in the black-bel- sion mode, modulation depth,%. Claim 1. Electro-Kerr modulator containing an optical focusing element, a polarizer, a modulator cell made in the form of a cell filled with nitrobenzene, in which two electrodes are mounted in parallel to each other, and an analyzer, and so that, in order to increase the luminous efficiency, the optical focusing element is emitted | 1 yen. so that it forms a convergent beam of light with an aperture angle of more than 10, on the path of which K moduli cells are successively located, with K chosen from the condition ggdoo-MVz e, (. where K is the nearest integer; M is the required depth modulus percent, the luminous flux receiving at the exit of a single cell that is set to darkness due to depolarization of light while reflecting it from the inner surfaces of electrodes on which a layer of a substance with a light refractive index less than that of nitrobenzene, such as glass, is applied or fused / quartz, the length of the electrodes in the direction J 4 of the light propagation is determined by the condition where N is the number of reflections from the inner surfaces of the electrodes for the extreme rays of the converging light incident on the modulator (N 100-M) f d is the distance between the electrodes; & - the angle between the inner surface of the electrodes and the direction of incidence of the extreme beam on it, the width of the electrodes is chosen within the transverse size of the light beam incident on the modulator., 2, Modulator according to n, 1, and so that in order to simplify the construction In addition, the electrodes of the modulator cells: together with the analyzers are enclosed in a single cuvette, while the analyzer of the previous cell serves as a polarizer of the subsequent cell. Sources of information taken into account in the examination: 1.Orlovsky E.L. Theoretical foundations of phototelegraphy. M., Holy Hour, 1957, p. 299. . 2.Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модул ции и сканировани  света, М., Наука, 1970 с. 143. 2.Mustel E.R., Parygin V.N. Methods of modulation and scanning of light, Moscow, Science, 1970 p. 143. 3.Авторское свидетельство СССР № 127840, кл. (502 F 1/07, 1959.3. USSR author's certificate number 127840, cl. (502 F 1/07, 1959.
SU762335553A 1976-03-17 1976-03-17 Kerr electrooptical modulator SU607169A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU762335553A SU607169A1 (en) 1976-03-17 1976-03-17 Kerr electrooptical modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU762335553A SU607169A1 (en) 1976-03-17 1976-03-17 Kerr electrooptical modulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU607169A1 true SU607169A1 (en) 1978-05-15

Family

ID=20652646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU762335553A SU607169A1 (en) 1976-03-17 1976-03-17 Kerr electrooptical modulator

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU607169A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5181013A (en) Display apparatus
JP3402253B2 (en) Light modulation element, light source and display device using the same, and method of driving the same
EP0078454B1 (en) Interferometric multimode fiber optic switch and modulator
JPH03144519A (en) Multiple beam optical modulator
US6278540B1 (en) Efficient color filtering and beam steering based on controlled total internal reflection
EP0550095B1 (en) Device in which electromagnetic radiation is raised in frequency and apparatus for optically scanning an information plane, comprising such a device
US4182544A (en) Resonant multiplexer-demultiplexer for optical data communication systems
US2588740A (en) Kineto-optical scanning with modulated light beam in television image projection
EP0376710B1 (en) A method of operating a light wavelength converter
US4027946A (en) Acousto-optic guided-light beam device
JPH1078568A (en) Optical modulator module
US4778991A (en) Light beam scanning read-out apparatus and recording apparatus
SU607169A1 (en) Kerr electrooptical modulator
US4040722A (en) Light beam controller
US6167170A (en) Optical switching device
US2578601A (en) Supersonic light modulator
US3429641A (en) Projection system
JP3729162B2 (en) Light modulation element, light source and display device using the same, and driving method thereof
SU526844A1 (en) Electro-optical discrete deflector
RU2017236C1 (en) Multichannel optical data-recording device
SU805240A1 (en) Acoustic-optical filter
KR100286066B1 (en) Optical and optical scanning devices and optical information recording devices
SU1185386A1 (en) Device for colour displaying of infrmation
JP2734553B2 (en) Semiconductor laser module
Miller et al. MULTIPLE TAPPED PHOTOELASTIC DELAY LINE.