конфигурации диафрагм

Модуляционные шрантеристит

.я:А

и

тлапллл.

Модулирующие диафрагмы, применяемые для амплитудной модуляции

ли центр этой окружности совпадает с центром диафрагмы, то при вращении последней излучение, проходящее через диафрагму, не модулируется, так как половина изображения источника излучения остается все время открытой, т. е. не затененной непрозрачной половиной диафрагмы. При смешении центра изображения относительно центра диафрагмы соотношение между площадями затененной и незатененной частей изображения непрерьшно изменяется, что приводит к амплитудной модуляции излучения. Модуляционная кривая-имеет вид синусоиды, амплитуда которой пропорциональна радиальному смешению центра изображения относительно центра диафрагмы (при условии, что величина смещения не превышает радиуса изображения источника излучения).

Модулирующая диафрагма 5, как и диафрагма /, предназначена для совместной работы с оптической системой, создающей вращение изображения источника излучения по нутационной окружности. Диафрагма неподвижна, выполнена из непрозрачного материала и имеет прозрачные элементы квадратной формы с линейным размером, равным размеру изображения. Если центр нутационной окружности, описываемой изображением, совпадает с центром диафрагмы, огибающая импульсов модуляции представляет собой прямую линию, параллельную оси времени. При смещении центра изображения относительно центра диафрагмы огибающая импульсов превращается в синусоиду, амплитуда которой зависит от величины смещения (при условии, что она меньше радиуса изображения источника излучения).

Общий недостаток амплитудных модуляторов механического типа состоит н том, что они имеют ограничение по частоте, так как скорость вращения модулирующей диафрагмы нельзя брать большой из соображений ее прочности, а увеличение числа модулирующих элементов может вызвать дифракцию света на решетке, образованной этими элементами. Поэтому в переносных инфракрасных приборах редко применяют модуляторы механического типа при частоте модуляции выше 25 кГц; чаще всего ограничиваются частотой 3 кГц.

Рассмотрим устройство амплитудных модуляторов, основанных на использовании магнитооптического эффекта. Этот эффект был открыт Фараде-ем в 1864 г. и заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного светового луча под действием магнитного поля.

Механизм явления Фарадея объясняется тем, что при наложении магнитного поля орбита электрона, определяющего показатель преломления и его дисперсию, начинает совершать прецессию. Вместо одной резонансной частоты электрона появляются две собственные частоты, относящиеся соответственно к правым и левым круговым колебаниям.

Появление у вещества в магнитном поле двух резонансных частот означает расщепление его полосы поглощения на две, в результате чего поворачивается плоскость поляризации линейио-поляризованного света, проходящего через вещество вдоль вектора напряженности магнитного поля.

Угол поворота плоскости поляризации, обусловленного эффектом Фарадея, пропорционален длине I пути светового луча в веществе, находящемся в магнитном поле, и напряженности Н^ магнитного поля: ф = CjlH, где Cj - постоянная Верде, зависящая от природы вещества, температуры и длины волны излучения.

Значения постоянной Верде для некоторых материалов приведены в табл. 7.2 [11]. Как видно из табл. 7.2, особенно большие значения магнитного вращения плоскости поляризации имеют ферромагнитные материалы (например, железо-иттриевый гранат YsFebOig); парамагнетики же обладают небольшой вращательной способностью. Из всех полупроводников постоянна Верде наибольшая у сурьмянистого индия. Следует назвать также ортосили-кат европия EugSiOj, который легко обрабатывается, имеет высокую прозрачность для красной и желтой областей спектра и является химически стойким веществом в обычных условиях.

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации вещества делятся на правовращающие (положительные) и левовращающие (отри-

Некоторые параметры магнитооптических материалов

Материал

Постоянная Верде, угл. мин/(Э-см)

Длина волны, мкм

Ослабление энергии на пути 1 см, %

Сернистый цинк ZnS Сернистый кадмий CdS Арсенид галлия GaAs Сурьмянистый индий InSb Кремний Si 1одистый литий LiJ Железо-иттриевый гранат Y3Fe,-iOi2 Железо-иттриевый гранат YgFejOia Трехбромистый хром СгВгз Стекло PbSi

Стекло As-S

(20% ТеОа)

Стекло Сез-Ь-Р

Стекло Tfas+.P

Стекло Ргз-Ь

Стекло Ргз-1-Al-Si

Сгекло tb3+-Al-Si

Стекло Dys+-Al-Si

Кварц (перпендикулярно оси)

Сероуглерод

Газы (при 0,1 МПа)

Вода Бензин

Спирт метиловый Спирт этиловый

0,234 0,33 0.3 12 0,1

0,0823 300 85 1600 0,032 0.053 0,071 0,065 0,128 -0,326 -0,150 -0,243 -0,198 -0,216 -0.272 0,01664 0.02 0.5.10-0... ...0,8.10-6 0,01308 0.297 0,0094 0,01112

0,6660 0.6328 1,06 15 1.3

0,6328 1...2

0,6328

1,000

0,632

0.700

1,100

0,700

0,500

0,700

0,670

0,700

0,700

0,600

0,5893

0,5893

0,5893 0,5893 0.5893 0,5893

33 20 90

1...3 1...3 I...3 1...3 1...3 1...3 I...3 1...3 1...3 1...3 I...3

нательные). Направление вращения определяется со стороны наблюдателя, срлотрящего вдоль направления вектора магнитного поля. Для каждого вещества направление вращения плоскости поляризации зависит лищь от направления магнитного поля, а не от направления распространения света.

Больщииство веществ, в которых проявляется эффект Фарадея, правовращающие и лишь некоторые парамагнитные вещества левоврашающие. Постоянная Верде зависит от длины волны электромагнитных колебаний. Эта зависимость называется вращательной дисперсией и имеет вид С] = =. а/Х^ + ЫХ,

где а к b - постоянные величины для данного вещества.

Магнитное вращение плоскости поляризации наступает очень быстро после момента возникновения магнитного поля (10 * с) и так же быстро исчезает при его снятии.

При выборе материала для модулятора следует учитывать его однородность, так как при наличии пузырьков, трещин и других неоднородностей повышается коэффициент поглощения излучения. Кроме того, следует избегать использования анизотропных материалов во избежание влияния двойного лучепреломления на искусственное вращение плоскости полйризации луча.

Принципиальная схема амплитудного модулятора, основанного на использовании магнитооптического эффекта, представлена на рис. 7.2. Модуля-