Електрооптичні і акустооптичні модулятори

Одним із суттєвих кроків перетворення впливу в оптичних сенсорах є можливість модифікувати світло певним чином (наприклад, змінюючи їх інтенсивність за допомогою управляючого сигналу). Це називається модуляцією світла. Управляючий сигнал може мати різне походження: температура, хімічна сполука з різними коефіцієнтами заломлення, електричне поле, механічна напруга, і т.д. Тут ми розглядаємо модуляцію світла електричним сигналом і акустичною хвилею. В деяких кристалах індекс заломлення може залежати від прикладеного електричного поля [11]. Ефект описується в контексті розповсюдження світлового променя через кристал. Для довільного напрямку розповсюдження через кристал, світло підтримує постійну лінійну поляризацію тільки для тих орієнтацій поляризації, які дозволяються симетрією кристалу.

Рис. 4.21. Електро-оптичний модулятор складається з двох поляризаційних фільтрів і кристалу.

Якщо прикласти зовнішнє електричне поле до кристалу, можна змінити цю симетрію, таким чином модулюючи інтенсивність світла. Літій ніобіт (LiNbO₃) є одним з найбільш широко використовуваних матеріалів для електро-оптичних пристроїв. Кристал розміщений між двома поляризаторами, які орієнтовані під кутом 90⁰ один до другого (Рис.

4.21). Вхідний поляризатор орієнтований під кутом 45⁰ до осі модуляційного кристалу [12].

Кристалічний модулятор має два електроди, які прикладені до його поверхні. Змінюючи напругу на модуляторі, поляризація падаючого світла на вихідному поляризаторі змінюється, що в свою чергу призводить до модуляції інтенсивності світлового потоку.

Аналогічний ефект може спостерігатися, коли до кристалу прикладаються механічні зусилля, більш конкретно - акустичні хвилі [11,13]. Однак акусто-оптичні пристрої найбільш часто використовуються у волоконно-оптичних застосуваннях як перетворювачі оптичної частоти, і тільки в меншій мірі як модулятори інтенсивності. В модуляторі, світловий пучок, який розповсюджується через кристал, взаємодіє зі збуреннями індексу заломлення бігучої хвилі, які генеруються акустичною хвилею. Збурення є результатом фото пружного ефекту, за допомогою якого механічне напруження викликає лінійні варіації індексу заломлення. Це схоже дифракційну гратку бігучої хвилі, яка при певних умовах, може ефективно відхиляти оптичний промінь (Рис. 4.22). Оптико-акустичні пристрої часто виготовляються з літій ніобіту і кварцу, оскільки акустичні хвилі можуть ефективно розповсюджуватися через ці кристали у діапазоні частот від десятка МГц до декількох ГГц. Акустична швидкість в літій ніобіті є порядка 6×10³ м/с; таким чином 1 ГГц акустична хвиля має довжину хвилі біля 6 мкм, що є порівняне зі світлом в ІЧ спектральній області.

Рис. 4.22. Акусто-оптичний модулятор, який створює багатократну дифракцію променя.