Способ преобразования оптического сигнала в электрический

Авторы патента:

G02F1/015 - основанные на полупроводниковых элементах по меньшей мере с одним потенциальным барьером, например, P-N-, P-I-N-переходами (G02F 1/03 имеет преимущество)

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в гидроакустике, электротехнике, виброметрии и оптических системах связи для преобразования фазомодулированного сигнала в электрический. Цель изобретения увеличение отношения сигнал-шум и упрощение способа. На чертеже представлена схема устройства для преобразования оптического сигнала в электрический, содержащего источник 1 когерентного излучения (лазер), светоделительную пластину 2 для деления исходного пучка на референтный и сигнальный пучки, зеркала 3, предназначенные для формирования картины интерференции сигнального и референтного пучков света на поверхности фотопроводника с требуемой ориентацией и пространственной частотой, элемент 4, осуществляющий фазовую модуляцию сигнального пучка света (электрооптический модулятор, зеркало на пьезокерамическом кольце, оптическое волокно, оптическая длина которого меняется под действием температуры, акустического давления, электрического или магнитного поля и т.д.), фотопроводник 5, выполненный в поперечной геометрии, нагрузочное сопротивление 6, селективный усилитель (У2-8) 7. Для осуществления способа пучок когерентного света от источника 1 направляют в интерферометр, который состоит из светоделительной пластинки 2 и зеркал 3. В сигнальном плече интерферометра с помощью элемента 4 происходит фазовая модуляция светового пучка, которая далее преобразуется в колебания интерференционной картины в месте пересечения сигнального и референтного пучков. Затем сформиpованной таким образом интерференционной картиной освещают фотопроводник 5. Результирующий электрический сигнал снимают с нагрузочного сопротивления 6, включенного последовательно с фотопроводником. Для реализации способа в качестве фотопроводника был выбран кристалл Вi₁₂SiO₂₀, который обладает высокой фоточувствительностью в сине-зеленой области спектра (0,55-0,4 мкм) и в котором эффективно формируется пространственно-периодическое поле объемного заряда. При освещении фотопроводника интерференционной картиной происходит пространственно неоднородное фотовозбуждение подвижных электронов, их перераспределение за счет диффузии по фотопроводнику и последующий захват на ловушки. Это приводит к формированию пространственно-периодического поля пространственного заряда. В свою очередь, в результате фазовой модуляции одного из световых пучков возникают периодические колебания интерференционной картины и соответственно распределения фотоэлектронов в объеме фотопроводника. Эти колебания пространственно-периодического распределения фотовозбужденных электронов относительно пространственно-периодического поля объемного заряда приводят к возникновению сквозного переменного электрического тока через фотопроводник. Необходимый линейный режим преобразования: величина сдвига интерференционной картины сила тока во внешней цепи автоматически поддерживается благодаря 90^о-ному пространственному фазовому сдвигу между интерференционной картиной и распределением поля пространственного заряда, формируемого за счет диффузионной записи. Выбор пространственной частоты интерференционной картины К, которая определяется углом сходимости сигнального и референтного световых пучков и длиной волны света (К (4 / )sin( /2), в диапазоне 0,1L_D¹ < K < 10L_D¹ обеспечивает высокую амплитуду выходного сигнала. Выбор фотопроводника с характерным временем диэлектрической релаксации _di > [ (1 + K²L_D²]^-1 обеспечивает необходимую частотную передаточную характеристику при преобразовании светового фазомодулирован- ного сигнала в электрический при сохранении высокого значения отношения сигнал/шум. При использовании газового гелий-кадмиевого лазера ЛПМ-11 с выходной мощностью Р_о 0,5 мВт на длине волны = 0,44 мкм время диэлектрической релаксации составило величину _di 10^-3 c. Пространственная частота интерференционной картины (с приблизительно единичным контрастом) была выбрана равной К L_D^-1 (5 10^-3 мм)^-1= 2000 мм^-1. Фазовая модуляция сигнального пучка осуществляется подвижным зеркалом, закрепленным на телефонной головке, на частоте f 1 кГц, удовлетворяющей условию [2 f(1 + K²L_D²)]^-1 10^-4 c << _di.Выходной электрический сигнал подавался на вход стандартного узкополосного усилителя У2-8 с входным сопротивлением 1 МОм и далее на синхронный детектор КЗ-2. При времени накопления 1 с )(f 1 Гц) экспериментально достигнутое отношение сигнал/шум составило > 80 дБ. При использовании в качестве фотопроводника кристалл GaAs, освещаемого интерференционной картиной, которая формировалась светом НеNe-лазера с 0,63 мкм отношение сигнал/шум составило >70 дБ в полосе f 1 Гц.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ сигнал путем освещения фотопроводящего элемента, с которого снимают электрический сигнал, фазомодулированным и референтным пучками света, формирующими интерференционную картину на элементе, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум и упрощения способа, угол между фазомодулированным и референтным пучками устанавливают таким, чтобы частота интерференционной картины K находилась в диапазоне от 0,1L^-_D¹ до 10 L^-_D¹ где

диффузионная длина; D коэффициент диффузии фотоэлектронов;

среднее время жизни фотоэлектронов в зоне проводимости, и освещают этими пучками фотопроводящий элемент с временем диэлектрической релаксации

_di> [2

f(1+K²L²_D]^-1, где f частота модулирующего колебания.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.01.1998

Номер и год публикации бюллетеня: 6-2002

Извещение опубликовано: 27.02.2002

Электрооптический преобразователь изображения // 680462

Способ модуляции электромагнитного излучения // 329499

Пирометр (варианты) и система модуляторов, используемая в пирометрах // 2159414

Изобретение относится к приборам для измерения мощности инфракрасного излучения и может быть использовано для бесконтактного измерения температуры

Приемопередатчик для оптического устройства связи // 2311738

Изобретение относится к технике оптической связи, в частности к лазерным атмосферным системам передачи информации, и может быть использовано в качестве однопролетной беспроводной линии связи, например, для организации канала связи между двумя абонентами или между абонентом и станцией абонентского доступа

Система связи миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн (варианты) и приемо-передатчик для системы связи миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн и способ связи в субмиллиметровом диапазоне волн // 2320091

Изобретение относится к области связи и может быть использовано при реализации релейной широкополосной связи, в локальных высокоскоростных сетях, для беспроводной связи различных систем жизнеобеспечения внутри зданий, для скрытой связи

Способ формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн (варианты), система формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн (варианты), диффузорный осветитель (варианты) и приемо-передатчик (варианты) // 2349040

Изобретение относится к области компьютерного диагностирования

Полупроводниковый преобразователь оптического излучения // 2368926

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и оптоэлектронике, а именно к конструированию модуляторов оптического излучения, а также полупроводниковых преобразователей электрических параметров в оптические и оптических в электрические

Оптический генератор свч-импульсов // 2390073

Изобретение относится к области СВЧ техники, конкретно к твердотельным оптическим источникам формирования СВЧ колебаний фототока, и может быть использовано в аппаратуре систем обработки информации различного назначения для оптической генерации и управления пространственно-временными характеристиками СВЧ сигнала

Способ модуляции электромагнитного излучения и устройство для его осуществления // 2062495

Преобразователь светового потока в резонансную частоту // 2091844

Устройство для детектирования и модулирования оптического излучения // 1403004

Изобретение относится к оптоэлектронике и волноводной оптике и может быть использовано для модулирования оптического излучения

Способ коммутации светового потока // 1506421

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в устройствах оптической обработки информации