частоту, а их фаза содержит информацию о положении источника излучения. Сигналы несущей частоты и частоты модуляции могут быть разделе11ы про-, пусканием через определенным образом настроенные фильтры. То, что амплитуда сигнала на несущей частоте пропорциональна облученности, можно использовать для радиометрии, автоматической регулировки усиления или для работы утройств, фиксирующих присутствие источника излучения.

Диафрагма 2, известная под названием восходящее солнце , состоит из двух полукруговых секторов. Первый содержит чередующиеся прозрачные и непрозрачные веерообразные секторы для обнаружения источника излучения и подавления фона. Второй сектор - полупрозрачный с коэффициентом пропускании 0,5. Он служит для фазовой модуляции излучения.

Диафрагма типа восходящее солнце обеспечивает не только фазовую, но и амплитудную модуляцию, благодаря изменению соотношения между величиной изображения источника излучения и размером модулирующего сектора. Таким образом, амплитуда модуляции характеризует радиальную координату источника, а фаза модуляции - его угловую координату.

Если модулирующие секторы диафрагмы образованы прямыми линиями, то имеется тенденция к генерации диафрагмой увеличенных сигналов при модуляции изображений линейных объектов (например, линии горизонта) по сравнению с сигналами при модуляции точечных изображений. Поэтому, было предложено изменить рисунок первого кругового сектора, взяв его в виде зигзагов с криволинейными границами, расходящимися по спирали из центра диафрагмы (при среднем коэффициенте пропускания сектора 0,5). Исследования, однако, показали, что лучшими фильтрующими свойствами применительно к линейным источникам излучения обладает диафрагма 3 со спиральными модулирующими полосами и диафрагма 4 с шахматным расположением прозрачных и непрозрачных элементов [18].

В тех случаях, когда фаза модуляции должна иметь только два значения, отличающиеся на 180°, применяют модулирующую диафрагму 5 (табл. 7.7). Если изображение источника излучения находится на расстоянии от центра диафрагмы, меньшем г, пачкн импульсов модуляции имеют определенную фазу. Дальнейшее смещение изображения на внешнюю зону приводит к изменению фазы появления пачек импульсов на 180°. При попадании изображения на границу раздела зон половина изображения в течение полуоборота диафрагмы модулируется внутренней зоной, а другая половина - внешней зоной в течение следующего полуоборота. Г1ачки импульсов в этом случае отсутствуют.

Перейдем теперь к рассмотрению фазовых модуляторов для систем передачи информации. Системы с фазовой модуляцией приобретают все большее значение, так как они менее чувствительны к воздействию шумов и имеют большую информационную емкость по сравнению с системами с амплитудной модуляцией.

В настоящее время применяют два типа фазовых модуляторов: модуляторы бегущей волны и модуляторы, основанные на использовании материалов с линейным электро-оптическим эффектом. Модуляторы первого типа более перспективны, так как они позволяют осуществлять широкополосную модуляцию когерентного оптического излучения.

Модуляторы бегущей волны представляют собой волновод, нагруженный на сопротивление, равное волновому сопротивлению. Диэлектрическим заполнением линии бегущей волны является электро-оптический материал. Чтобы осуществить широкополосную модуляцию, необходимо синхронизировать скорость распространения излучения и скорость бегущей электромагнитной волны. Когда направления распространения оптического излучения и модулирующей волны параллельны, условие синхронизма скоростей превращается в условие равенства групповой скорости Upp светового луча и фазовой скорости v модулирующего сигнала.

Групповой скоростью называется скорость переноса энергии группой волн. Электромагнитные колебания не являются монохроматическими и

ппрпставЛЯЮТ собой группу волн, не- Рис. 7.18. Схема широкополосного ие-

г^ птпиияюшихгп чягтотяыи коле- коллинеарного фазового модулятора 6е-

СКОЛЬКО отличающихся частотами коле гущей волны: ; -лазер; 2 -поляриза-

баний. Скорость переноса энергии груп- - ----

пой волн

(COi-COg)

тор; 3 - СВЧ модулирующий сигнал; 4 - плоскопараллельный волновод с электрооптическим материалом; 5 - анализатор; 6 - модулированное излучение.

где ki V. - волновые числа, соответствующие монохроматическим колебаниям с частотами coj = ш -f й и cOg = = со - й; со и fi - круговые частоты модуляции и модулируемых колебаний.

Для выполнения условий V = Dpp

двухпроводная линия заполняется частично электро-оптическим веществом, а частично -- согласующим диэлектрическим материалом. Это делается для того, чтобы сократить количество используемого электро-оптического вещества и уменьшить вызываемые им потери. Сочетая материал с определенной диэлектрической проницаемостью и электро-оптическое вещество, помещаемые в сечении двухпроводной линии, удается обеспечить равенство скоростей распространения света и радиоволн.

Возможны две схемы фазовых модуляторов бегущей волны: коллинеар-ная, когда направления распространения оптического излучения и модулирующего сигнала совпадают, и неколлинеарная, в которой оптическое излучение и модулирующий сигнал распространяются по разным направлениям. Исследования показали, что при использовании второй схемы легче добиться синхронизма скоростей.

На рис. 7.18 изображена упрощенная схема устройства неколлинеар-ного фазового модулятора бегущей волны, в котором использовано отражение оптического излучения от границ волновода за счет полного внутреннего отражения.

Луч света направляется в плоскопараллельный волновод под некоторым углом у к его боковым стенкам. Волновод 4 заполнен электрооптическим материалом так, что его оптическая ось совпадает с направлением электрического модулирующего поля, которое перпендикулярно проводящим плоскостям.

При многократном прохождении светового луча через электро-оптический материал получается накапливающееся отставание фазы двумя составляющими плоскопараллельного луча. Излучение лазера / должно быть поляризовано в основной плоскости, т. е. вдоль направления, перпендикулярного к плоскости падения. Выходящий из модулятора луч 6 сохраняет первоначальную поляризацию и амплитуду, но промодулирован по фазе. Синхронизация скоростей осуществляется выбором угла у-

Общая длина L линии передачи определяется допустимым затуханием модулируемого сигнала оптического диапазона или модулирующего радиосигнала. Однако рассеяние модулирующей мощности в среде уменьшается с увеличением расстояния взаимодействия сигналов, что ведет к необходимости увеличения оптического пути луча.

При конструировании модуляторов рассматриваемого типа наиболее подходящими электро-оптическими материалами являются кристаллы ADP и KDP. В последнее время начали применять также кубические кристаллы класса Td.

В качестве примера рассмотрим конструкцию широкополосного.фазового модулятора бегущей волны. Модулятор представляет собой двухпроводную линию передачи, в которой часть диэлектрика заменена электро-оптическим веществом типа ADP или KDP (рис. 7.19>. Поляризованное излучение лазера распространяется вдоль этой линии передачи в одном направлении на участ-

Рис. 7.19. Коиструкчивная схема широнополосиого фазового модулятора бегущей волны: 1,9 - электрические векторы оптического излучения; 2 - направление распространения оптического излучения; 3 - генератор модулирующего напряжения; 4 - линия передачи; 5 электрооптический материал; 6 -оси кристалла; 7 -выходная нагрузка линии передачи; 8 - модулированное оптическое излучение.

4 5

А-А

ке, заполненном электро-оптическим веществом. Фазовая модуляция осуществляется изменением скорости распространения оптического излучения через электрооптическую среду.

Рассмотрим процесс распространения плоскополяризованного излучения через пластину из кристалла ADP или KDP. Если излучение, характеризующееся частотой со, проходит в пластине путь L со скоростью г, то разность фаз между входным и выходным сигналами определяется соотношением ф = coi = coL/d.

Изменение фазы при изменении скорости на величину Lv равно

Дф=--hv.

Скорость света в электро-оптической среде зависит от величины приложенного электрического поля. Если электрический вектор световой волны направлен вдоль оси X или Y кристалла (рис. 7.19), то для материалов типа ADP или KDP изменение скорости hv распространения света определяется равенством Д%/со = -rosnEj2 или hvyico = rnEj2, где Е^, - напряженность электромагнитного поля, приложенного вдоль оси z, В/м; п - показатель преломления; Со - скорость света в вакууме; г^з - электрооптическая постоянная.

Подставляя значение Д^ в уравнение для Дф и имея в виду, что г/со = 1/и, получаем

т. е. изменение фазы Аф прямо пропорционально напряженности приложенного к кристаллу поля Е^ и длине пути L, проходимого светом.

На рис. 7.19 показано сечение волновода плоскостью, перпендикулярной направлению распространения излучения. Чтобы обеспечить равенство скоростей распространения оптического излучения и модулирующей волны, изменяют ширину а электрооптического материала или ширину проводника d с учетом соотношения d = а (е^ - 1)/(п^ - 1), где - диэлектрическая постоянная электрооптического материала.

Расстояние b между проводниками выбирается таким, чтобы обеспечивалось требуемое характеристическое сопротивление линии передачи, величина которого рассчитывается по формуле

dBi (d-о+его).

(7.11)

где и Ej - диэлектрическая постоянная и магнитная проницаемость диэ лектрической среды волновода.