13.5. Интегрально-оптические модуляторы

Для введения в световую волну информации в интегральной оптике применяются оптические модуляторы, которые изменяют интенсивность (амплитуду), фазу, состояние поляризации или частоту световых колебаний. Для модуляции световой волны можно использовать акусто- электро- или магнитооптический эффект.

Акустооптический модулятор

Н а рис. 13.12 представлена схема волноводного акустооптического модулятора. Стеклянная пленка 1 нанесена на кварцевую подложку 3. Показатель преломления пленки больше, чем показатель преломления подложки. Встречно-штыревые электроды 2, нанесенные на подложку, создают в ней акустическую волну, распространяющуюся вдоль вертикальной оси и проходящую через область подложки с нанесенной пленкой.

Световая волна 4 через решеточный элемент связи вводится в волновод под углом θ к акустическому волновому фронту и дифрагирует на периодических неоднородностях (с изменением показателя преломления), наведенных акустической волной в волноводе и в подложке. В результате образуется дифрагированная волна 5. Отклоненный и неотклоненный световой пучок выводится из пленки с помощью второго решеточного элемента. Описанное устройство можно использовать не только как модулятор, но и как дефлектор, отклоняющий лазерный пучок.

Электрооптический модулятор

Н а рис. 13.13 приведена схема электрооптического модулятора решеточного типа. Свет лазера вводится в пленочный волновод слева с помощью призменного элемента связи 2 и выводится справа с помощью другого призменного элемента 5. На поверхность электрооптической волноводной пленки нанесена встречно-штыревая система электродов 3, к которой приложено напряжение.

Приложенное напряжение создает в волноводе периодическое поле, которое формирует решетку из областей с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления волноводной пленки. Вследствие дифракции на этой решетке энергия плоского колебания 4 частично преобразуется в энергию колебания 6 с иным направлением распространения. Таким образом, в данном устройстве за счет пространственного разделения волн осуществляется амплитудная модуляция.

На электрооптическом эффекте основан принцип полупроводникового модулятора. Линейный электрооптический эффект в р-п-переходах возникает в связи с тем, что при обратных напряжениях, приложенных к переходу, в области объемного заряда изменяется концентрация свободных носителей, что ведет к модуляции диэлектрической проницаемости, а следовательно, и показателя преломления п. При использовании таких полупроводников, как GaAs, GaP, управляющее напряжение должно составлять единицы - десятки вольт.

Для создания модуляторов можно использовать различные эффекты, вызывающие изменение коэффициента поглощения света в полупроводниках, в частности эффект Келдыша—Франца, заключающийся в сдвиге края полосы поглощения при создании в полупроводнике сильного электрического поля.

Магнитооптический модулятор

С хема магнитооптического модулятора изображена на рис. 13.14.

При прохождении по электроду 1 тока возникает магнитное поле, периодически изменяющееся в направлении распространения волн. Энергия падающей плоской волны 4, поляризованной в горизонтальной плоскости, в волноводе 3 преобразуется в энергию волны 2, поляризованной в вертикальной плоскости.