Рис 7.16. График зависимости порогового тока иакачки от напряжениостн магнитного поля: / - лазер иа GaAs; 2- лазер на InAs.

Рис 7.17. Схемы амплитудной модуляции газовых лазеров: /, 4 -зеркала: 2 - электро-оптичсский кристалл; 3 -трубка с активным веществом; 5 - модулированное излучение.

Рис. 7.17

излучения полу-

Рис. 7.16

Ширина полосы частот амплитудного дифракционного модулятора рассчитывается по формуле Д/,п = = Vl2l, где / - размер входного окна модулятора (рис. 7.15). Ширина полосы частот ограничена и не превышает нескольких сот килогерц, что является основным недостатком дифракционных модуляторов.

Рассмотрим кратко способы амплитудной модуляции проводниковых и газовых лазеров.

Наиболее простой способ модуляции полупроводниковых лазеров заключается в изменении тока накачки. Мощность, генерируемая полупроводниковым лазером, зависит от тока, протекающего через диод. Генерация излучения возникает только при определенном, пороговом, значении тока и в дальнейшем увеличивается пропорционально увеличению тока. Модулируя ток диода, можно получить модулированное по амплитуде излучение. По широкополосности этот способ амплитудной модуляции не уступает способу, основанному на использовании электрооптического эффекта. Верхняя граница частотного диапазона имеет порядок 10* Гц. Однако модуляция в диапазоне СВЧ сопровождается значительным нагревом активного вещества, что заставляет использовать сложные охлаждающие устройства и системы стабилизации температуры рабочего объема.

Амплитудную модуляцию полупроводниковых лазеров можно осуществить также с помощью магнитного поля, которое влияет на пороговый ток генерации. Кривые зависимости порогового тока накачки от напряженности магнитного поля для полупроводниковых лазеров на GaAs и InAs изображены на рис. 7.16. Недостаток этого способа, помимо необходимости глубокого охлаждения рабочего объема, заключается в трудности создания и возбуждения управляющих полей.

Модуляция излучения газовых лазеров, работающих в непрерывном режиме, осуществляется путем изменения добротности оптического резонатора по схеме, изображенной на рис. 7.17, а.

Электрооптический кристалл с плоскопараллельными торцами помещен в оптический резонатор так, что ось Z кристалла совпадает с оптической осью резонатора. К кристаллу подведено управляющее напряжение. Плоско-поляризованное излучение на выходе из кристалла становится эллипти-чески-поляризованным. Возникновение эллиптической поляризации экви-

валентно введению дополнительных потерь в резонатор, величина которых определяется амплитудой управляющего напряжения.

Аналогичная схема с двумя электрооптическими кристаллами приведена на рис. 7.17, б. Особенностью этой схемы является компенсация естественной анизотропии, которая может существенно влиять на работу модулятора.

В качестве электрооптических материалов используют монокристаллы CdS и CdSe. Амплитудная модуляция в этих кристаллах возможна, если поле приложено по оси Z, а направление излучения перпендикулярно этой оси. Направление поляризации излучения составляет угол 45° к оси Z, при этом разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами на выходе кристалла

ф = ( I зз - по и) J- ( о - Пе),

где / - длина кристалла в направлении распространения излучения; d - длина кристалла вдоль оптической оси; По и - показатели преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей; Лдз и г^з - электрооптические константы; U - модулирующее напряжение, приложенное к кристаллу.

Меняя длину кристалла (вращая его относительно оси Z), можно изменять величину 2пШ (п„ - tig) и тем самым выбирать рабочую точку модулятора. Зависимость иитенсивиости излучения лазера от приложенного к кристаллу напряжения имеет линейный характер.

7.3. ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Метод фазовой модуляции, основанный на использовании модулирующих диафрагм, позволяет по разности фаз сигналов получить точную информацию, о направлении на источник излучения. Этот метод широко применяют в современных инфракрасных системах автоматического сопровождения движущихся объектов.

Модулирующие диафрагмы для фазоимпульсной модуляции оптического излучения и соответствующие модуляционные характеристики представлены в табл. 7.7. Диафрагма / выполнена в виде круга, имеющего один про-зрачныйи один непрозрачный секторы равной площади. При вращении диафрагмы изображение источника излучения попеременно попадает на прозрачный и непрозрачный секторы. Модуляционная характеристика представляет собой последовательность импульсов, амплитуда которых постоянна, частота равна частоте вращения диафрагмы, а фаза определяется положением изображения относительно центра диафрагмы. Опорный сигнал, необходимый для измерения фазового сдвига, получают при помощи генератора опорного напряжения (ГОН). В простейшем случае ГОН представляет собой небольшой магнит, укрепленный на периферии диафрагмы, и одну или несколько катушек. Каждый раз при прохождении магнита вблизи катушки генерируется импульс напряжения, который используют как опорный при измерении фазы. Для этой же цели применяют миниатюрные генераторы переменного тока, роторы которых вращаются синхронно и синфазно с модулирующей диафрагмой.

Когда изображение источника излучения находится в центре диафрагмы, модуляция отсутствует. Это является недостатком системы, тан как исчезает несущая частота, модулированная по фазе и содержащая информацию о направлении на источник излучения. Использование двойной модуляции устраняет этот недостаток. В табл. 7.7 показана также двойная диафрагма (/), обеспечивающая наличие несущей частоты, когда источник излучения находится в поле зрения прибора. Вторая диафрагма с большим числом секторов расположена непосредственно за двухсекторной диафрагмой и модулирует излучение с высокой частотой, не зависящей от места расположения изображения. Импульсы от двухсекторной диафрагмы модулируют несущую

Таблица 7.7

Модулирующие диафрагмы, применяемые для фазоимпульсной модуляции

. Нонфигурации диафрагм

Модуляционные харантеристиии

i(X)

itzji:

о

tlLlLJULll