Современная электроника №8/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 5 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 Рис. 2. Структурная схема электрооптического амплитудного модулятора с двумя поляризаторами и ячейками Поккельса (PC) Рис. 3. Структурная схема модулятора на базе TFLN с интегрированным поляризатором поперечной электрической моды свойств материала, то есть показате- ля преломления. Этот эффект, обна- руженный Фридрихом Поккельсом в 1893 году, позднее получил его имя (Pockels Effect – PE). Поккельс экспериментально обна- ружил и описал ярко выраженные изменения оптических свойств кри- сталлов под действием электриче- ского поля. Тамм и Мандельштам в 1924 году дали строгое теоретическое обоснование этих явлений в рамках теории относительности и электро- динамики сплошных сред. Их вклад заключался в создании универсаль- ной теоретической базы для пони- мания электрооптических эффектов в анизотропных средах. Универсальность и актуальность уравнений Тамма-Мандельштама особенно ярко проявляется при ана- лизе конкретных электрооптических эффектов. Классическим примером служит эффект Поккельса, который хотя и был экспериментально обна- ружен ещё в начале XX века, получил полное теоретическое обоснование именно благодаря работам советских физиков. Основным элементом совре- менных электрооптических модулято- ров является нелинейный анизотроп- ный кристалл, содержащий электроды для подачи внешнего напряжения. Для простоты такую конструкцию при- нято называть «ячейкой Поккельса» (Pockels Cell – PC). Простейшим типом ЭОМ является фазовый электрооптический модуля- тор ЭОФМ, содержащий только одну ячейку PC. При изменении показателя прелом- ления под действием внешнего поля также изменяется скорость прохож- дения света через кристалл, что при- водит к изменению фазы. Кроме того, фазовая задержка зависит от направ- ления поляризации, типа и ориента- ции нелинейного кристалла, а также от направления приложенного элек- трического поля [3]. В зависимости от типа и ориента- ции нелинейного кристалла, а также от направления приложенного элек- трического поля фазовая задержка может быть обусловлена направле- нием поляризации. Таким образом, ячейку PC можно рассматривать как управляемую напряжением волновую пластинку, и её можно использовать для модуляции состояния поляриза- ции. При линейной входной поляри- зации (часто ориентированной под углом 45° к осям кристалла) выход- ная поляризация, как правило, будет эллиптической, а не просто линейной поляризацией с повёрнутым направ- лением. Электрооптические фазовые модуляторы (ЭОФМ) применяются в сложных оптических системах, таких как: высокоточные лазерные интерфе- рометры; устройства квантовой крип- тографии и распределения ключей; блоки стабилизации частоты лазе- ров; волоконно-оптические гироскопы и кольцевые лазерные гироскопы для навигации; другие устройства радио- фотоники. Ячейки PC могут использоваться для амплитудной модуляции в сочетании с другими оптическими элементами, такими, например, как поляризаторы. На рис. 2 показана структурная схема подобного электрооптического ампли- тудного модулятора. ЭОАМ, показанный на рис. 2, пред- ставляет собой конструкцию из двух согласованных ячеек PC на базе кри- сталлов ниобата лития, размещённых между линейными поляризаторами. Поляризаторы пропускают только колебания, параллельные плоскости поляризации, и полностью задержи- вают ортогональные колебания. Если пропустить через такой прибор пучок света, то на выходе он будет линей- но поляризованным. При вращении вокруг направления луча интенсив- ность выходящего света будет изме- няться от максимального до мини- мального значения. При изменении напряжения, подаваемого на кристалл модулятора, можно практически реа- лизовать 100% модуляцию светового потока. В целом электрооптический ампли- тудный модулятор действует как управляемая волновая пластина (Variable Waveplate) с задержкой, зави- сящей от приложенного электрическо- го поля. Если на вход подать неполяризован- ный свет, то кристалл будет «переме- шивать» случайные компоненты, и модуляция будет нестабильной. Первый поляризатор делает входной пучок строго линейно поляризован- ным (обычно под 45° к осям кристал- ла). Это обеспечивает предсказуемую работу ячейки. Если оставить одну ячейку, то при модуляции возникает не только изме- нение интенсивности, но и «сопут- ствующий» сдвиг фазы и поворот поляризации, что также приводит к искажениям. Этот недостаток устраняется с помо- щью второй ячейки в балансной кон- фигурации. Ячейки включаются таким образом, что их электрические поля направлены противоположно друг другу. При подаче модулирующего напряжения в одной ячейке показа- тель преломления увеличивается, а в другой – уменьшается на ту же величину. Это приводит к тому, что фазовые сдвиги в плечах модулято- ра имеют противоположные знаки и взаимно компенсируются, оставляя только чистую амплитудную модуля- цию без паразитного изменения фазы выходного сигнала. Второй поляризатор «отбирает» только ту компоненту света, которая меняется под действием электриче- Вход 1 × 2 MMI L=3300 μm h=400 μm 1 × 2 MMI Щель Выход