Основные параметры электрооптических материалов

Рис. 7.5. График зависимости удельного сопротивления кристалла ADP от температуры.

Рис. 7.6. Спектральная характеристика пропускания кристалла ADP.

Рве. 7.7. Форма кристаллов ADP и KDP н направления кристаллографических осей.

ji,om/l

г-ю

е-10 г-10

10 610

2-10

20 40 60 80 i;c

Рис. 7.0

О 0 0,6 1,0 к,тм

Рис. 7.6.

Рис. 7.7

В кристаллах, выращиваемых при высокой температуре. Размеры выращиваемых кристаллов доходят до 50 мм в любых направлениях. Несмотря на то. что кристаллы растворимы в воде и хрупки, их обработка несложна.

В соединении KHaPOi атомы К, Н а Р могут без изменения кристаллической структуры замещаться элементами соответствующих групп периодической таблицы элементов. Так, получаются изоморфные кристаллы KDjPOa (DKDP), KH2ASO4 (KDA), PbHaAsO, (RDA).

Из кристаллов кубической структуры в амплитудных модуляторах можно применять гексамин, цинковую обманку ZnS, окись цинка ZnO, хлорид CuCl и бромид CuBr меди и др. Хлорид и бромид меди разрушаются под воздействием влажного воздуха. Другие материалы не требуют специальных покрытий и могут работать в обычной атмосфере. При использовании этих кристаллов внешнее электрическое поле может быть направлено перпендикулярно направлению оптического излучения. В этом случае электроды могут быть выполнены из непрозрачного материала, что значительно удобнее в конструктивном отношении по сравнению с полупрозрачными электродами или электродами, имеющими отверстия для пропускания светового луча. Кроме того, можно снизить величину модулирующего напряжения, так как при Использовании кристаллов класса Td и ориентации вектора напряжен-

лости электрического поля перпендикулярно направлению оптического излучения напряжение полуволнового смещения определяется формулой

t/V2 = 4---. (7-8)

/ ng ,-41

в то время, как при использовании кристаллов класса D2d и ориентации вектора напряженности электрического поЛя параллельно направлению оптического излучения

t/V2=-3. (7.9)

Щ res

так как d = I.

Из табл. 7.4 видно, что величина напряжения полуволнового смещения для большинства вгществ имеет порядок нескольких киловольт; для кристаллов класса Td эту величину можно уменьшить, увеличив размер / кристалла вдоль направления излучения.

Тонкие и длинные срезы электрооптических кристаллов получить очень сложно, поэтому для создания модуляторов с поперечной геометрией используют электрооптический эффект в р-п переходе полупроводникового диода.

Толщина р-п перехода не превышает 10 ... 15 мкм, поэтому, несмотря на небольшие размеры диода, отношение l/d достигает большой величины, что позволяет снизить амплитуду модулирующего напряжения на 2-3 порядка.

В полупроводниковом диоде р-п переход при отсутствии электриче--ского поля является оптически изотропной средой, а при наличии поля анизотропной средой. Этот эффект может быть использован для модуляции оптического излучения по схеме, изображенной на рис. 7.8. Полупроводниковый диод 3 помещен между скрешенными поляризатором 2 и анализатором 5. Так как толщина переходного слоя незначительна, излучение необходимо сфокусировать в центр диода. Напряженность управляющего поля в переходном слое зависит от величины приложенного к диоду смещения. Диод включен так, что напряжение смещения и управляющее напряжение направлены встречно. Это позволяет осуществлять модуляцию излучения при малых значениях тока, проходящего через диод.

Экспериментальными исследованиями установлено, что зависимость напряженности электрического поля Em в р-п переходе от напряжения [/щ. приложенного к диоду, для фосфида галлия имеет вид [13]:

Еш = 4,31 . 10В (153 и^)2,з, Фаза светового луча на выходе модулятора

Ф = (1.53 - UmV. Лмплитудная характеристика связана с фазовой соотношением

/ = /о sin (ф/2).

Большое распространение в амплитудных модуляторах получил арсе-нид галлия, который выращивают из элементарных галлия и мышьяка в горизонтальной печи. Кристаллы GaAs не гигроскопичны, имеют высокую теплопроводность, легко режутся и полируются с точностью до 1/10 длины волны видимого света; при этом заметные напряжения не возникают. Так как кристаллы нерастворимы в воде и диссоциируют при темпе-Рис. 7.8. Схема амплитудного модулятора, не- ратуре 800° С, никаких Мер за-

пользую1дего электрооптический эффект в р-п щиты ОТ воздействия ОКружаЮ-

пГ;п^1,н' щей температуры и влажности

5 - анализатор принимать не нужно.