тор состоит из соленоида 3, внутри которого помешена магнитооптическая пластина 4, поляризатора /, анализатора 5 и двух линз 2. Магнитооптическая пластина выполнена из вещества с большой вращательной способностью (железо-иттриевого граната YgFegOia или трехбромистого хрома СгВгз) и имеет малую толщину во избежание значительного ослабления оптического излучения. Ось соленоида перпендикулярна поверхности пластины.

Соленоид с магнитооптической пластиной помещен между поляризатором и анализатором, которые служат для преобразования изменений угла поворота плоскости поляризации н амплитудные изменения интенсивности излучения.

Простейший поляризатор (призма Николя) состоит из двух половин кристалла исландского шпата (п = 1,659), склеенных смолой канадской сосны. Луч света, падающий на такой кристалл, расщепляется на обыкновенный в необыкновенный. Первый луч испытывает полное внутреннее отражение на слое канадского бальзама (п = 1,549), а второй проходит распил и на выходе из кристалла является плоско-поляризованным. Призмы Николя можно использовать также для определения плоскости поляризации поляризованного света; в этом случае они называются анализаторами.

Обозначим через Р - угол между поляризатором и анализатором амплитудного модулятора, тогда после прохождения излучением магнитооптической пластины плоскость поляризации повернется на угол = Р-ф. Составляющая вектора элек*грического поля световой волны вдоль направления анализатора пропорциональна cos Р', а интенсивность излучения, прошедшего через анализатор, пропорциональна квадрату амплитуды вектора электрического поля, т. е. / = /р cos2 (Р - ф).

Если поляризатор и анализатор скрещены (Р = и/2), то / =

Глубина модуляции М связана с амплитудным значением угла поворота Фмакс следующим соотношением:

-=cos гамаке.

Основным недостатком рассмотренного модулятора является его узко-полосность, обусловленная большой индуктивностью соленоида. Расширение рабочего диапазона путем использования высокочастотных резонаторов невозможно, так как потребные для модуляции напряженности магнитного поля весьма велики. Например, для модуляции с глубиной 20% амплитуда напряженности переменного магнитного поля при использовании пластины из железо-иттриевого граната должна быть порядка 2000 Э (160 кА/м). Однако это не исключает полностью возможности использован-ия амплитудных модуляторов рассматриваемого типа на высоких и сверхвысоких частотах.

На рис. 7.3 изображена схема модулятора, использующего эффект Фарадея и явление парамагнитного резонанса. Сущность этого явления заключается в том, что если частота СВЧ колебаний близка к частоте прецессии магнитного момента атома вокруг постоянного магнитного поля, то СВЧ колебания синхронизируют начальную фазу прецессии элементарных магнитных моментов в соответствии с собственной начальной фазой. Поэтому в плоскости.

Рис. 7.2. Схема амплитудного модулятора, основанного на использовании магнитоопти ческого эффекта.

пеопеНДИКУЛЯрНОЙ вектору напря- Рис. 7.3. Схема амплитудного модулятора,

женности постоянного магнитного Ц^;;! * парамагнитного ре-

поля, появляется намагниченность, вектор которой вращается с частотой прецессии. Если в этой же плоскости распространяется излучение, то составляющая намагниченности вдоль направления излучения изменяется с частотой прецессии.

Модулятор состоит из двух поляризационных призм Николя 2 и 4, между которыми расположен парамагнитный кристалл 3, и магнитной системы, создающей два скрещенных магнитных поля - постоянное и высокочастотное Я^. Плоскости поляризации призм Николя ортогональны, поэтому при отсутствии магнитного поля система непрозрачна. В случае наложения скрещенных

магнитных полей (постоянного и высокочастотного) и определенного соотношения между частотой Нв и величиной Яд наступает резонанс.

Под влиянием синусоидально изменяющегося магнитного поля вектор намагниченности М начинает прецессировать, что вызывает вращение плоскости поляризации луча 1, проходящего через кристалл, и модуляцию выходного излучения 5.

В качестве парамагнетика используется кристалл этилсульфат неодима который помещен соосно в цилиндрическом резонаторе. Линейно-поляризованный луч проходит вдоль оси симметрии кристалла. Вектор напряженности СВЧ поля направлен вдоль направления распространения излучения и ортогонален вектору постоянного магнитного поля.

В некоторых опытных образцах резонансных модуляторов применяли также ферромагнетики (кристаллы железо-иттриевого граната и трехбромис-того хлора) и кристаллы рубина с охлаждением жидким гелием до температуры 1,5 К. При небольшой мощности управляющего сигнала (около 10 мВт) глубина модуляции оптического излучения видимого диапазона равнялась 10%.

Резонансная частота модуляции определяется свойствами кристалла и величиной постоянного магнитного поля, но практически во всех случаях она близка к 10 ГГц. Поэтому даже при СВЧ модуляции резонансные модуляторы являются узкополосными с полосой пропускания порядка нескольких мегагерц. К недостаткам резонансных модуляторов относится также интенсивный нагрев рабочего вещества (за счет резонасного поглощения энергии СВЧ колебаний), в результате чего возникают упругие напряжения и появляется двойное лучепреломление. Для отвода тепла, выделяющегося при работе модулятора, требуются громоздкие криостаты, поэтому в настоящее время ведутся поиски веществ, способных работать без охлаждения при комнатной температуре. Такими веществами, в частности, являются фтористый барий с примесью цезия и двуводородистый фосфор.

Амплитудные модуляторы, использующие магнитооптический эффект, уступают по своим параметрам другим типам амплитудных модуляторов, в частности модуляторам, основанным на использовании электрооптического эффекта. Этот эффект открыт Керром в 1875 г. и заключается в возникновении двулучепреломления изотропной среды (газ, жидкость, твердое тело), помещенной в электрическое поле. Дипольные молекулы среды под воздействием электрического поля приобретают ориентацию, вследствие чего среда становится подобной монокристаллу, оптическая ось которого параллельна вектору напряженности Е электрического поля.

Естественный свет, распространяясь в направлении, перпендикулярном вектору Е, преобразуется в две волны - обыкновенную и необыкновенную. Плоскости поляризации волн взаимно перпендикулярны; разность показателей преломления обыкновенной и необыкновенной Пе волн

т. е. эффект Керра является квадратичным электрооптическим эффектом и пе зависит от направления поля. Постоянную К чаще всего заменяют другой: В - К/Хд, где 0 - длина волны в вакууме.

Разность фаз двух длин воли бф = 2 л BdE; в зависимости от толщины среды d при данных 6 и £ разность фаз может изменяться в широких пределах. Поэтому попавшая в ячейку Керра плоско-поляризованная волна на выходе из нее окажется эллиптически-поляризованной.

Наряду с квадратичным электрооптическим эффектом существует линейный аффект, возникающий лишь в твердых телах, кристаллическая структура которых не имеет центра симметрии (эффект Поккельса). Для целей модуляции используют как эффект Керра, так и эффект Поккельса.

Среди электрооптических материалов наиболее распространены одноосные кристаллы, относящиеся к кристаллографическому классу D2d (первично кислый фосфат аммония NHaHPOj - ADP, первично кислый фосфат калия КН2РО4 - KDP, дейтерироваиные дигидрофосфаты калия KD2PO4 и рубидия RbDaPOa, дигидрофосфат рубидия RbH2P04 и др.), а также монокристаллы, относящиеся к кристаллографическому классу Td (цинковая обманка ZnS, хлористая медь CuCl, уротропин (СН2)бН4, селенид цинка ZnSe, арсенид галлия GaAs, фосфид галлия GaP и др.).

У кристаллов класса D2d все электрооптические постоянные, за исключением Гц = Г52 и Аез, равны нулю. Уравнение эллипсоида показателей преломления в этом случае принимает вид

ео (х^+г/) + бе2+Sz-rtEyz+2uiEy хг+2,-взЕ^хуХ, (7.1)

где бо = \1п%, Вд = l/nl; х, у, г - координаты в системе, в которой осями являются кристаллографические оси.

Если электрическое поле направлено вдоль одной из осей, например вдоль оси г, то Ех = Еу =0, Ez~ Ет и уравнение (7.1) преобразуется к виду

{х^ + у^)/п1+гЧп1+2гвз Етху = 1. (7.2)

Показатели преломления вдоль полуосей эллипсоида равны

;cno+-n resE,r, nlno-j-it-esEm; п'п^-

Из уравнения (7.2) видно, что новые оси X и Y составляют угол 45° с осями X ц У, а главные оси Z и Z совпадают. Кристаллы этого класса отличаются высокой прозрачностью в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.

Монокристаллы класса Td имеют кубическую ячейку и оптически изотропны, т. е. Пх = Пу= По. Кроме того, == л^г = сз. а остальные электрооптические постоянные равны нулю.

Уравнение эллипсоида показателей преломления для этого случая имеет

вид

бо (х +у^ + г^) + 2 гпЕх yz+2 г^Еу хг + 2 г^Е^ ху = I.

Значения показателей преломления вдоль полуосей эллипсоида зависят от направлений составляющих вектора электрического поля и определяются по табл. 7.3 [13].

Схема модулятора, основанного на использовании электрооптического эффекта в кристаллах, представлена на рис. 7.4. Лазер / и собирающая линза 2 или система линз создают коллимированный монохроматический