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Dispositivi elettro-ottici, acusto-ottici e magneto-ottici si veda: B. E. A. Saleh, M.C. Teich: Fundamentals of Photonics, (il libro è disponibile in biblioteca)

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1 Dispositivi elettro-ottici, acusto-ottici e magneto-ottici si veda: B. E. A. Saleh, M.C. Teich: Fundamentals of Photonics, (il libro è disponibile in biblioteca)

2 MODULAZIONE DI SORGENTI OTTICHE In un sistema di telecomunicazioni ottiche linformazione è codificata su una portante ottica Modulazione di sorgenti ottiche: Diretta (la luce emessa da diodi laser o LEDs viene modulata modulando la corrente della giunzione) semplice velocità relativamente limitata (fino GHz) Esterna (la sorgente emette una intensità luminosa costante. La modulazione avviene in un materiale esterno alla sorgente, del quale è possibile modificare le proprietà ottiche) modulatore ingombrante e non facilmente integrabile velocità elevata (100 GHz) modulatori (principalmente usati): elettro-ottici (variaz. dellindice di rifraz. per effetto di un campo elettrico) acusto-ottici(variaz. dellindice di rifraz. per effetto di uno stress)

3 EFFETTO ELETTRO-OTTICO Effetto elettro-ottico : variazione (molto piccola, es: ) dellindice di rifrazione di vari materiali, per effetto di un campo elettrico lineare n E(effetto Pockel) quadratico n E 2 (effetto Kerr) Tipici materiali elettro-ottici: - quarzoSiO 2 - Niobato di LitioLiNbO 3 - Tanatlato di LitioLiTaO 3 - Arseniuro di GallioGaAs - CalciteCaCO 3 - Telluluro di CadmioCdTe - Bifosfato di Potassio (KDP)KH 2 PO 4 - Bifosfato di ammonio (ADP)NH 4 H 2 PO 4

4 modulatore longitudinale modulatore trasversale (cella di Pockels) Modulatori elettroottici (modulatore di fase) campo elettrico applicato : E= V/d fascio incidente: E = E 0 cos (wt+ ) L = n(E) K 0 L = [2 n(E) / c ] L la fase del fascio che si propaga dipende dal campo elettrico, cioè dalla tensione applicata La cella viene realizzata mediante un materiale elettroottico (indice di rifrazione funzione del campo elettrico E) dove: E E

5 Modulatore di intensità elettro-ottico Un modulatore di fase, posto in un ramo di un interferometro, può produrre una modulazione di intensità:

6 IiIi IoIo Interferometro di Mach-Zehnder divisori di fascio Il fascio luminoso in ingresso viene diviso ugualmente sui due rami (50% + 50%). Uno dei due fasci viene sfasato rispetto allaltro di una entità Il divisore di fascio in uscita ricombina i 2 fasci. Lintensità trasmessa I o, in funzione dellintensità I i incidente, è data da: I o = (1/2) I i + (1/2) I i cos da cui: I o = I i /2 (1+ cos ) Formule di duplicazione: cos 2 =2cos 2 -1 da cui: (1+cos2 )=2cos 2 nel nostro caso: (1+cos ) = 2cos 2 ( /2) applicando le formule di duplicazione, si ha: I o = I i cos 2 ( /2) = I o /I i = cos 2 ( /2) I o è funzione di quindi ( nel caso in cu nel 2° ramo vi sia un modulatore di fase) I o dipende da V

7 I modulatori elettro-ottici possono anche essere costruiti sotto forma di dispositivi ottici integrati. Questi dispositivi possono funzionare a velocità maggiori e con tensioni più basse rispetto ai dispositivi bulk La guida ottica viene realizzata su di un substrato elettroottico (LiNbO 3 ) mediante diffusione in esso di un materiale opportuno (es. titanio) per aumentarne localmente lindice di rifrazione MODULATORI DI FASE OTTICO INTEGRATO (LiNbO 3 )

8 MODULATORE DI INTENSITA O SWITCH OTTICO INTEGRATO

9 Modulatore di intensità a cella di Pockels

10 Modulatori elettroottici a cristalli liquidi

11 switching time basso (msec sec) Per TLC necessarie velocità > GHz switching time psec Cristalli Liquidi: Sistemi fortemente anisotropi molecole allungate o piatte vari tipi comunemente usati nematici twisted

12 MODULATORI ACUSTO-OTTICI Sono basati sullinterazione suono-luce Ad es: si consideri leffetto di unonda acustica piana su un gas: Londa acustica provoca una variazione periodica dellindice di rifrazione

13 Diffrazione di Bragg unonda acustica piana provoca la riflessione parziale della luce se è soddisfatta la condizione di Bragg: sen = /(2 ) dove: è la lunghezza donda della luce nel mezzo

14 Condizione di Bragg onda luminosa incidente onda luminosa riflessa sia l la differenza di percorso tra due percorsi dellonda. Tale differenza è data da: l = 2 sen si ha un massimo nellonda luminosa riflessa se due contributi dellonda danno interferenza costruttiva, cioè se la differenza dei loro percorsi è un multiplo intero della lunghezza donda (si ritrovano in fase). Ovvero se: 2 sen =j (j = 1, 2,.... n) per j=1, si ha interferenza costruttiva se: sen = /(2 ) (condizione di Bragg)

15 Schema di modulatore acusto-ottico lintensità della luce riflessa è proporzionale allintensità del suono

16 Schema di switch acusto-ottico intensità del suono: on-off intensità della luce riflessa: on-off

17 Isolatori ottici Alcuni materiali agiscono come ruotatori della polarizzaione di unonda che li attraversa, quando vengono posti in un campo magnetico statico (Effetto Faraday, o magneto-ottico) Angolo di rotazione dato da: = V H l cos = angolo di rotazione della polarizzazione H = campo magnetico applicato = angolo fra la direz. del campo magnetico e la direz. di propagaz. del raggio luminoso l = lunghezza del materiale V = costante di Verdet del materiale Senso di rotazione: dipende dalla direzione del campo magnetico se la luce attraversa un rotatore, quindi si riflette e lo attraversa di nuovo nella direzione opposta, la rotazione raddoppia.

18 Isolatori ottici Materiali magneto-ottici: - granati [Ittrio Ferro (YIG); Terbio-gallio (TGG); Terbio- alluminio (TbAlG )] - NaCl ; ZnS Applicazioni degli isolatori ottici: - Gli isolatori trasmettono la luce in una sola direzione. Si pongono, quindi, alluscita della cavità risonante dei laser per evitare che eventuali riflessioni tornino, dallesterno, dentro la cavità

19 Isolatore ottico Trasmette la luce in una sola direzione e la blocca nellaltra Tipica attenuazione inversa di isolatori YIG o TGG: 90 dB


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