вход Вход Регистрация



Различают модуляцию:

- амплитудную,

- фазовую,

- частотную,

- поляризационную.

Регистрация излучения, модулированного по частоте, фазе или поляризации сопряжена с определенными техническими трудностями, поэтому на практике все виды модуляции преобразуют в амплитудную либо непосредственно в модуляторе, либо с помощью специальных устройств.

Возможны два режима модуляции:

1) без поднесущей (модулируются непосредственно параметры световой волны);

2) с поднесущей (сначала модулируют промежуточное СВЧ колебание, затем используют для модуляции световой волны).

Простейший амплитудный модулятор представляет устройство, обеспечивающее периодическое прерывание светового потока с помощью колеблющихся или вращающихся заслонок, зеркал, призм, дисков с отверстиями и т.д. Применение ограничено из-за значительной инерционности и недостаточной надежности.

Наиболее употребляемые кристаллы для электрооптических модуляторов:

ДСДА-дидейтероарсенат цезия, АДР-дигидрофосфат аммония, КДР-дигидрофосфат калия, ДКДР-дидейтерофосфат калия, BaTiO3, LiNbO3 и др.

В основе современных модуляторов лежат физические эффекты в оптически анизотропных средах - линейный электрооптический эффект Поккельса, а также акусто и магнитооптический эффекты.

Наиболее характерным свойством анизотропных кристаллов является двойное лучепреломление, т.е. раздвоение в них светового луча, обусловленное зависимостью показателя преломления среды от характера поляризации.

Другими словами, при падении на анизотропную среду произвольно поляризованной волны в ней возникают две волны со взаимно перпендикулярной ориентацией плоскостей их поляризации, распространяющейся с различными скоростями.

Принцип действия ЭОМС основан на линейном электрооптическом эффекте.

При приложении электрического поля к электрооптическому кристаллу в результате двойного лучепреломления изменяется направление поляризации прошедшей через кристалл световой волны.

Если (рис.4.1) электрооптический кристалл поместить между скрещенными поляризаторами 1, 2 и на вход одного из них подать световой поток 5 с поляризацией, соответствующей его пропусканию, то при отсутствии напряжения на кристалле световой поток на выходе второго поляризатора- анализатора будет отсутствовать, а при приложении к кристаллу напряжения, равного полуволновому (Ul/2), будет достигать своего максимального значения.

Для характеристики электрооптического эффекта в модуляторах вводится понятие «полуволновое напряжение» U = Ul/2 обеспечивающее фазовый сдвиг Dj=p, т.е. размер прикладываемого напряжения, при котором фаза выходящего из кристалла света изменяется на 180°, т.е Dj=p

 

1- поляризатор,

2- анализатор,

3- электрооптический кристалл,

4- электроды,

5- световой поток ОКГ.

Рисунок 2.16. Схема электрооптического модулятора (ЭОМ) [6].

Интенсивность светового потока будет определяться выражением:

,

где Iвх- интенсивность световой волны на входе,

n0- коэффициент преломления обыкновенной волны,

r- электрооптический коэффициент,

U- приложенное напряжение,

l- длина волны.

 

Основные параметры, характеризующие модуляторы света

1. Полуволновое напряжение МС – минимальное напряжение, необходимое для изменения коэффициента пропускания модулятора от минимального до максимального значения, т.е. напряжение, обеспечивающее фазовый сдвиг выходящего света на 180°.

2. Коэффициент пропускания- определяется отношением интенсивности светового потока на выходе МС к световому потоку на его входе, в %.

3. Полоса пропускания, не выше 100 МГц(полоса модулируемых частот) – это разность верхней и нижней граничных частот.(нижняя может быть = 0, а верхняя частота определяется условием, что фаза волны при прохождении через кристалл изменяется не больше, чем на p.

4. Полоса прозрачности – диапазон длин волн лазерного излучения, проходящего через прибор без заметного ослабления ( до 3дб )

5. Коэффициент контрастности – отношение коэффициента пропускания прибора при полном просветлении (I/I0max) к коэффициенту пропускания при полном затемнении I/I0min ), обычно от 30:1 до 200:1. Здесь I-интенсивность светового потока на выходе, I0- интенсивность светового потока на входе.

6. Удельная управляющая мощность(q) – определяет затраты мощности сигнала при 100% глубине модуляции в единичной полосе частот и измеряется в Вт/МГц. –(для оценки эффективности МС)

Недостатками ЭОМ считают:

1) высокие управляющие напряжения,

2) невысокая оптическая прочность,

3) критичность к колебаниям Т0 окружающей среды.

К достоинствам ЭОМ можно отнести:

1) возможность пространственной модуляции оптического излучения,

2) возможность осуществления равномерной модуляции света по всему поперечному сечению пучка

В настоящее время разрабатываются магнитооптические модуляторы, основанные на эффекте Фарадея ( эффекте поворота плоскости поляризации в некоторых средах под действием магнитного поля).

Угол поворота плоскости поляризации jм в пара- и диамагнитных материалах равен [4:]

jм = VHlcosq,

где V-постоянная Верде,

1 – поляризатор,

2 – анализатор,

3 – кристалл,

4 – намагничивающая катушка

Рисунок 2.17. Схема магнитооптического (фарадеевского) модулятора (МОМ).[6]

H-напряженность внешнего магнитного поля,

l-длина оптического пути в веществе,

q-угол между направлением магнитного поля и направлением распространения света.

Для ферромагнитных материалов напряженность заменяется намагниченностью, постоянная Верде – постоянной Кундта.

Используют для изготовления МОМ ферритгранаты, некоторые марки стекла.

Недостатки МОМ: для эффективной модуляции нужны сильные магнитные поля, отсюда невысокое быстродействие, граничная частота не больше 104-105 Гц, в ИК диапазоне резко ограничен выбор подходящего материала, поэтому МОМ не нашли широкого применения.

Преимущества : потребляемая мощность МОМ на порядок меньше, чем у лучших ЭОМ.

Акустооптические модуляторы (АОМ)

Принцип действия основан на дифракции света на акустических волнах.

Акустическая (ультразвуковая) волна, распространяющаяся в оптически прозрачной среде, создает в ней области локального сжатия и разрежения и вызывает периодическое изменение показателя преломления n за счет эффекта фотоупругости.

Эффект фотоупругости (или линейный упругооптический эффект) заключается в том, что показатель преломления среды изменяется пропорционально механической деформации.

В отличие от линейного электрооптического эффекта, наблюдаемого только в пьезокристаллах, линейный упругооптический эффект характерен для всех кристаллов и аморфных сред.

В фотоупругой среде образуются периодические слои с различающимися показателями преломления, движущиеся со скоростью звука. Такую среду можно рассматривать как квазистационарную (Vак << C )фазовую дифракционную решетку с периодом lак/2.

При падении света на такую решетку происходит дифракция, характер которой зависит от параметра [4]

,

где l- длина акустически возмущенной среды в направлении распространения света,

l- длина световой волны.

lак – длина волны акустических колебаний

При Q ® 1 имеет место дифракция Рамана – Ната [4] с большим числом дифракционных максимумов.

В другом предельном случае наблюдается дифракция Брэгга.[4]

При этом происходит исчезновение максимумов интенсивности всех порядков кроме 1-го, падающего под углом 2qБ к падающему потоку при условии, что угол падения должен быть близок к углу Брэгга qБ, который может быть найден из соотношения [4]:

.

Рисунок 2.18. Дифракция Рамана- Ната [4]

Дифракционная картина [4] состоит из 2-х максимумов 0го и 1го порядка дифракции.

Интенсивность света в первом максимуме

,

где Мак-коэффициент эффективности фотоупругого материала, зависящий от целого ряда параметров (показатель преломления, плотность материала, скорость звука в материале …),

Рак – акустическая мощность,

S - площадь поперечного сечения акустического столба.

Для выбора режима работы АОМ длина волны lак акустического колебания выбирается из условий обеспечения требуемой величины угла Брэгга, а модуляция интенсивности осуществляется путем изменения напряжения, подводимого к преобразователю.

Достоинства: - АОМ широко используется в лазерной технике из-за простоты и надежности. При этом амплитудные, фазовые, частотные, поляризационные модуляторы могут быть реализованы на базе одного и того же устройства при незначительных изменениях входной и выходной оптики.;

- пространственное разделение дифрагированного и нулевого пучков на выходе АОМ обеспечивает 100% глубину модуляции;

- суммарные оптические потери в 3-6 раз меньше , чем в ЭОМ;

- высокая температурная стабильность.

Недостатки: - невысокое быстродействие, ограниченное временем распространение акустической волны.

Случайные новости

3.2 Порядок маркирования средств автоматизации

Средствам автоматизации, изображенным на функциональной схеме, присваивается индекс (номер позиции), который хранится во всех материалах проекта. Индекс присваивается каждому комплекта аппаратуры. Комплектом аппаратуры является ряд функционально связанных элементов, исполняющих определенную задачу. Например, комплект аппаратуры для измерения затрат – диафрагма, дифманометр (датчик), вторичный прибор – имеют один общий номер позиции.

Если в комплект аппаратуры входит один элемент – местный манометр, счетчик, стеклянный термометр и др, индекс составляется только с цифры, если в комплекте аппаратуры несколько элементов, то индекс составляется с цифры с буквой.

Для обозначения номеру позиции комплекта используют арабские цифры, а для обозначения отдельных элементов аппаратуры к арабской цифре добавляется буквенный символ (из украинского или российского алфавита).

Буквенный индекс присваивается в алфавитном порядке в последовательности передачи сигнальной и командной информации. Например, измерительная диафрагма – 3а, компенсационный сосуд – 3бы, датчик – 3в, вторичный прибор – 3г и.т.д.

Цифровой индекс присваивается комплектам аппаратуры в нарастающей последовательности по параметрам, которые измеряются и регулируются, в такой последовательности : температура; давка; разряжение; вакуум; затраты или количество; уровень; физико-химические свойства – влажность, плотность, вязкость, концентрация, внимательность и др.; теплота сгорания, количество теплое; скорость; перемещение, длина; положение (перемещение) регулирующего органа; различие значений двух величин; доза радиоактивного излучения.

Однотипным устройствам, которые входят в один комплект (например, нескольким термометрам сопротивления, одинаковым по характеристиками и объединенным с одним прибором; нескольким кнопкам, которые входят в один контур), дают одинаковое буквенное обозначение, после которого ставят цифру, например, 1а-1, 1а-2, 1а-3 и дальше.

Позиционные обозначения должны присваиваться всем элементам функциональных групп за исключением:

а) отборочных устройств;

б) приборов и средств автоматизации, которые поставляются комплектно с технологическим оборудованием;

в) регулирующих органов и исполнительных механизмов, которые входят в данную систему автоматического управления, но заказываются и устанавливаются в технологических частях проекта.

Обозначение на функциональных схемах электроаппаратуры должны отвечать обозначениям, принятым в принципиальных электрических схемах (ГОСТ 2710-81):

- прибор звуковой сигнализации (сирена, звонок) – НА;

- индикатор символьный (табло) – HG;

- прибор световой сигнализации (сигнальная лампа) – Н;

- контактор, включатль – КМ;

- переключатель – SA;

- кнопка – SB.

Например, сигнальная лампа ;

магнитный пускач ;

кнопки, на щите и по месту .

 

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру