Рис. 4.23.А — канальный интерферомет-рический модулятор интенсивности излучений, Б — сдвиг фаз равен нулю, выходное излучение двух ветвей суммируется, В — при сдвиге фаз, равному ж, все излучение уходит в подложку, и выходное излучение равно нулю. (Рисунок взят из [12])
В оптоволоконной технике в качестве выходного сигнала часто используется модуляция интенсивности излучения. На рис. 4.23 показан оптический волновод, состоящий из двух каналов [13]. Волновод изготовлен внутри подложки из ниобата лития, легированного Ti для увеличения коэффициента преломления, стандартным фотолитографическим методом. Для этого сначала на подложку была нанесена фотомаска. Затем при помощи электронного пучка на материал напылен слой Ti. После чего растворителем удален фоторезист, выходящий за границы маски. В процессе последующей температурной обработки атомы Ti проникли внутрь подложки [11]. В результате этой технологической цепочки был получен профиль с переменным коэффициентом преломления с разностью значений на поверхности и глубине, равной около 0.1% (на поверхности коэффициент преломления выше). Свет попадает в волновод через полированные концы. Управляющие электроды располагаются параллельно волноводам. Напряжение, поданное на эти электроды, приводит к значительному сдвигу фаз в световых волн.
Коэффициент оптического пропускания такого модулятора зависит от сдвига фаз Δφ между сигналами в двух каналах, который управляется напряжением V{t):
где Vπ — перепад напряжения, необходимый для получения полного диапазона модуляции, а θB— константа, регулирующая оптимальное положение рабочей точки. Когда разность фаз в двух ветвях волновода равна нулю, выходные излучения
172 Глава 4. Оптические компоненты датчиков
суммируются на выходе волновода. Когда сдвиг фаз равен л, весь свет уходит в подложку. Хорошо сконструированные модуляторы имеют высокий коэффициент контрастности, порядка 30 дБ.
Литература
1 Begunov, В N , Zakaznov, N Р, Kiryushin, S I ,and Kuzichev, V 1 Optical Instrumentation Theory and Design Mir Publishers, Moscow, 1988
2 Applications of Phototransistors m Electro-optic Systems Motorola, 1988
3 Giuliani, J F Optical waveguide chemical sensors In Chemical Sensors and Mi-croinstrumentation Murray, RWetal (eds) American Chemical Society, Washington, DC, 1989, Chap 24
4 Mitchell G L Intensity-based and Fabry-Perot interferometer sensors In Fiber Optic Sensors
An Introduction for Engineers and Scientists E Udd, ed, John Wiley & Sons, New York, 1991, Chap 6
5 Welford, W T, and Winston, R High Collection Nonimaging Optics Academic Press, San Diego, CA, 1989
6 Winston, R , and Enoch, J M Retinal cone receptor as an ideal light collector J Opt Soc Am 61, 1120-1121, 1971
7 von Hevisy, G and Somiya, T Uberplatinschwarz Zeitschr Phys ChemieA 171, 41, 1934
8 Harris, L , McGinnes, R , and Siegel, В J Opt Soc Am 38, 7, 1948
9 Persky, M J Review of black surfaces for space-bome infrared systems Rev Sci lustrum 70(5) 2193-2217, 1999
10 Lang, W, Kuhl, К, and Sandmaier, H Absorption layers for thermal infrared detectors In Transducers'91 International Conference on Solid-state Sensors and Actuators Digest of Technical Papers IEEE, New York, 1991, pp 635-638
11 Yarn, A Optical electronics, 3rd ed Holt, Reinhart and Winston, New York, 1985
12 Johnson, L M Optical modulators for fiber-optic sensors In Fiber Optic Sensors Introduction for Engineers and Scientists E Udd, ed John Wiley & Sons, New York 1991
13 Haus, H A Waves and Fields in Optoelectronics Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1984