¿Qué es un modulador optoelectrónico?

Cuando se aplica un campo eléctrico a un cristal o líquido, el índice de refracción del cristal o líquido cambia. Este fenómeno se denomina efecto electroóptico. El efecto electroóptico tiene muchas aplicaciones importantes en la tecnología de la ingeniería y la investigación científica. Tiene un tiempo de respuesta corto y puede usarse como obturador en fotografía de alta velocidad o como interruptor de haz en la medición de la velocidad de la luz. Después de la aparición de los láseres, la investigación y la aplicación de los efectos electroópticos se han desarrollado rápidamente. Los dispositivos electroópticos se utilizan ampliamente en comunicaciones láser, alcance láser, visualización láser y procesamiento de datos ópticos. El sistema de modulación electroóptica propuesto en este artículo se basa en el efecto electroóptico de cristales para verificar el principio de modulación electroóptica. 1 Principio de la modulación electroóptica La modulación electroóptica funciona utilizando el efecto electroóptico del cambio del índice de refracción de ciertos materiales cristalinos bajo la acción de un campo eléctrico externo. Según la dirección del campo eléctrico aplicado al cristal y la dirección del haz de luz que se propaga en el cristal, se puede dividir en modulación longitudinal y modulación transversal. La dirección del campo eléctrico es paralela a la dirección de propagación de la luz, lo que se denomina modulación electroóptica longitudinal; la dirección del campo eléctrico es perpendicular a la dirección de propagación de la luz, lo que se denomina modulación electroóptica transversal. Las ventajas de la modulación electroóptica transversal son un voltaje de media onda bajo y una potencia de conducción pequeña, y se usa ampliamente. Este sistema de modulación electroóptica toma como ejemplo la modulación lateral del cristal de niobato de litio. La Figura 1 es un diagrama esquemático de modulación electroóptica lateral. Aplique un campo eléctrico a lo largo de la dirección z, y la dirección de la luz es a lo largo de la dirección del eje principal de inducción y'. El ángulo entre la dirección de vibración de la luz después de pasar por el polarizador y el eje z es de 45°. Después de que la luz ingresa al cristal, se descompondrá en dos componentes que vibran a lo largo de las direcciones x' y z, y la diferencia en el índice de refracción entre los dos es. Suponiendo que la longitud del cristal en la dirección de la luz es l y el espesor es d (es decir, la distancia entre los dos polos), cuando el voltaje externo es V = Ezd, la diferencia de fase entre los dos haces de luz emitidos del cristal es: Se puede ver en la Ecuación (1), siempre que se determinen el cristal y la longitud de onda de la luz λ, el tamaño de la diferencia de fase Δφ depende del voltaje aplicado V. Cambiar el voltaje aplicado V puede hacer que la fase La diferencia Δφ cambia en proporción al voltaje V. Una de las principales características de los cristales electroópticos de uso común es la característica de un medidor de voltaje de media onda (cuando la diferencia de fase Δφ entre dos ondas de luz es π radianes, el voltaje externo requerido se llama voltaje de media onda). 2 Diseño general del sistema de modulación electroóptica Este sistema de modulación electroóptica está diseñado basándose en el principio de modulación electroóptica para estudiar el proceso físico de interacción entre el campo eléctrico y el campo luminoso. También es adecuado para investigaciones experimentales sobre comunicación óptica. y física. La estructura del sistema de modulación electroóptica se muestra en la Figura 2. 2.1 Principio de funcionamiento La fuente de alimentación del láser suministra el voltaje de funcionamiento normal del láser para garantizar un funcionamiento estable del mismo. La luz láser generada por el láser se convierte en luz polarizada linealmente después de pasar por el polarizador. Cuando la luz polarizada linealmente pasa a través del cristal electroóptico, se aplica un voltaje al cristal electroóptico. Este voltaje es la señal que debe modularse. Cuando se aplica un voltaje a un cristal electroóptico, el índice de refracción y sus propiedades ópticas del cristal cambian, cambiando el estado de polarización de la onda de luz, y la luz polarizada linealmente se convierte en luz polarizada elípticamente. Para seleccionar el punto de funcionamiento de modulación apropiado, se inserta una placa de onda λ/4 después del cristal electroóptico para retrasar la fase de los dos haces de luz que pasan a través del cristal electroóptico en π/2, de modo que el modulador funcione. en la parte lineal, y la luz de salida se detecta a través del analizador. La dirección de polarización, finalmente utiliza un fotodetector para detectar la señal óptica modulada y convertirla en una señal eléctrica para observación con un osciloscopio. 2.2 Láser y fuente de alimentación del láser En este sistema, el láser utiliza un láser de helio-neón. El tubo láser de helio-neón es una fuente de luz de descarga de gas especial. En comparación con otras fuentes de luz, tiene una excelente monocromaticidad, alta coherencia y fuerte direccionalidad (ángulo de divergencia muy pequeño). La fuente de alimentación del láser primero convierte 220 V y el voltaje de entrada se eleva a. 1000 V a través del transformador, y luego el voltaje se eleva a aproximadamente 5000 V a través del circuito duplicador de voltaje, y luego el tubo láser se alimenta directamente a través de la resistencia limitadora de corriente. Cuando se acaba de encender el interruptor de encendido, el gas en el tubo láser aún no se ha ionizado y la resistencia interna es equivalente a infinito. En este momento, la fuente de alimentación genera un alto voltaje de aproximadamente 5000 V, que es el voltaje de encendido. del tubo láser, que ioniza el gas en el tubo láser y el tubo láser comienza a funcionar. En este momento, la resistencia del tubo láser se reducirá considerablemente. En otras palabras, a medida que aumenta la corriente de carga, el voltaje de salida de la fuente de alimentación del láser también disminuirá. 2.3 Cristal electroóptico de niobato de litio El cristal de niobato de litio tiene excelentes propiedades piezoeléctricas, electroópticas, acústico-ópticas, no lineales y de otro tipo. En este sistema se utiliza cristal electroóptico LN. El cristal LN es un cristal trigonal, n1=n2=no, n3=ne. Antes de aplicar el campo eléctrico, el elipsoide de índice de refracción de LN es: En este sistema, el eje y se utiliza para transmitir luz y el eje z se aplica con un campo eléctrico, es decir, E1=E2=0 , E3=E. Luego, después de agregar un campo eléctrico, el elipsoide de índice de refracción es: La ecuación (4) muestra que después de agregar un campo eléctrico a lo largo de la dirección del eje z, el cristal LN puede producir un efecto electroóptico transversal, pero no puede producir un efecto longitudinal. efecto electroóptico.

Después de pasar a través del cristal, la diferencia de fase generada por la luz o y la luz e es: 2.4 Fuente de señal La estructura del sistema de fuente de señal se muestra en la Figura 3. La fuente de señal debe proporcionar voltaje de modulación al cristal electroóptico y permitir que el sistema acceda a las señales de audio. La parte de la fuente de alimentación puede generar varias fuentes de alimentación estabilizadas de CC para suministrar energía a cada módulo de la fuente de señal al mismo tiempo; el módulo de generación de señal genera ondas sinusoidales y ondas cuadradas con frecuencia y amplitud continuamente ajustables; el módulo de amplificación de potencia convierte la entrada; ondas sinusoidales y ondas cuadradas en La señal de audio se amplifica a decenas de voltios y luego se agrega al cristal electroóptico para modular el láser que pasa a través del cristal electroóptico, el módulo de demodulación demodula y amplifica la entrada de señal débil del; detector, impulsa y amplifica la señal de audio débil de entrada y luego transmite el sonido a través del altavoz; el módulo de alto voltaje de polarización genera un alto voltaje de CC con amplitud continuamente ajustable para reemplazar la placa de onda λ/4 como voltaje de media onda. El cristal de modulación. 3 Aplicación de la modulación electroóptica en la comunicación óptica Este sistema utiliza ondas de luz para transmitir información de sonido. El láser generado por el láser se convierte en luz polarizada linealmente después de pasar por el polarizador y luego pasa a través de la placa de onda λ/4 para polarizarse circularmente. luz, lo que resulta en dos polarizaciones. Los componentes (luz o y luz e) producen una diferencia de fase de π/2 antes de ingresar al cristal electroóptico, lo que permite que el modulador opere en una región aproximadamente lineal. Mientras el láser pasa a través del cristal electroóptico, se aplica un voltaje externo al cristal electroóptico. Este voltaje es la señal de sonido que debe transmitirse. Cuando se aplica un voltaje a un cristal electroóptico, el índice de refracción y otras propiedades ópticas del cristal cambian, cambiando el estado de polarización de la onda de luz. Por lo tanto, la luz polarizada circularmente se convierte en luz polarizada elípticamente y luego se convierte en luz polarizada linealmente. después de pasar por el analizador. Fuertemente modulado. En este momento, la onda de luz transporta información de sonido y se propaga en el espacio libre. En el sitio de recepción, se utiliza un fotodetector para recibir la señal de luz modulada y luego se realiza una conversión de circuito para convertir la señal de luz en una señal eléctrica. Se utiliza un demodulador para restaurar la señal de sonido. Finalmente, se completa la transmisión óptica de la señal de sonido. El voltaje externo es la señal de sonido transmitida. Esta señal puede ser la salida de la grabadora o la salida del reproductor de cinta. De hecho, es una señal de voltaje que cambia con el tiempo. 4 Conclusión El sistema de modulación electroóptica anterior ha verificado que la tecnología de modulación electroóptica es factible para la comunicación láser. Además, este método de comunicación tiene una velocidad de transmisión rápida, una fuerte capacidad antiinterferencia, buena confidencialidad, estructura simple, bajo costo y fácil de usar. implementar.