Модуляція світла, модуляція коливань електромагнітного випромінювання оптичного діапазону (видимого світла, ультрафіолетового і інфрачервоного випромінювань). При М. с. змінюються амплітуда (і отже, інтенсивність), фаза, частота або поляризація світлових коливань. У будь-якому з цих випадків кінець кінцем міняється сукупність частот, що характеризує випромінювання, — його гармонійний склад. М. с. дозволяє «навантажувати» світловий потік інформацією, яка переноситься світлом і може потім витягувати і бути використана. В принципі кількість інформації, яку можна передати, модулюючи коливання якого-небудь вигляду, тим більше велика, чим вище частота цих коливань (зокрема, тому, що із зростанням частоти модульованих коливань — т.з. частоти, що несе, — з'являється можливість збільшити ширину смуги частот модулюючих сигналів; частоти модулюючих коливань мають бути що менше несе). Частоти видимого світла 10 15 —10 16 гц, а всього діапазону оптичного випромінювання — від 10 12 до 10 20 гц, тобто значно вище, ніж в інших коливань, що модулюються з метою передачі інформації. Це (а також незрідка неможливість вирішити технічне або наукове завдання, не використовуючи оптичне випромінювання) обумовлює важливість і перспективність М. с.
В багатьох технічних вживаннях частота модулюючого сигналу настільки мала в порівнянні з частотою використовуваного оптичного випромінювання, що зміна його гармонійного складу нехтує мало, і під М. с. розуміють періодичну або неперіодичну зміну лише інтенсивності випромінювання. Простим, відомим із старовини прикладом такий М. с. є світлова сигналізація з перериванням світлового потоку. У сучасній техніці при подібній М. с. часто важлива форма оптичних сигналів, яку вибирають найбільш зручного для виконання конкретного завдання. Це можуть бути кратковремеменниє імпульси світла, сигнали, близькі до прямокутних, гармонійних і так далі
Т. н. природна М. с. відбувається вже при випусканні світла елементарними випромінювачами (атомами, молекулами, іонами). Кінцівка часу «висвічення» таких випромінювачів (~ 10 -8 —10 -9 сік ) приводить до деякого розкиду частот випромінювання (див. Монохроматичне світло ) , що випускається ними . Природна М. с. має місце також при розсіянні світла і різних взаємодіях випромінювачів між собою. Вона дозволяє вивчати процеси як в окремих випромінювачах, так і в їх системах (див., наприклад, Комбінаційне розсіяння світла, Мандельштама — Бріллюена розсіяння ) .
У багатьох випадках, проте, природне світлове випромінювання можна з достатньою мірою точності розглядати як монохроматичне (як гармонійні коливання однієї єдиної частоти) і модулювати його примусово. Розрізняють внутрішню М. с., здійснювану в самому джерелі випромінювання, і зовнішню, вироблювану за допомогою спеціальних пристроїв, званих модуляторами світла. (Цими ж термінами користуються і стосовно згаданої вище «грубої» модуляції немонохроматичного світла, при якій зміни спектрального складу випромінювання не грають істотної ролі.) Приймачі світла всіх типів реагують лише на зміну інтенсивності світла, тобто амплітуди його коливань. Тому на практиці і частотну М. с. (ЧМ), і фазову (ФМ), і модуляцію по поляризації (ПМ) перетворять тим або іншим способом в амплітудну М. с. (AM) — або безпосередньо в схемі модулятора, або перед фотоприймачем (т.з. гетеродинний прийом). При цьому гармонійний склад амплітудно-модульованого світла залежить від первинного вигляду М. с. і способу її перетворення в AM.
Головними параметрами, характеризуючими AM світла, є: основна частота і ширина смуги частот модулюючого сигналу, глибина модуляції m = ( I mах — I min )/( I max + I min ) ( I — світловий потік), а також абсолютне значення амплітуди модуляції і прозорість модулятора (від них залежить потужність сигналу, що реєструється приймачем). Внутрішні AM світла здійснюють, наприклад, міняючи по необхідному закону напругу і струм живлення штучних джерел випромінювання. Найбільш ефективний цей метод для газорозрядних джерел світла і напівпровідникових випромінювачів. Внутрішня М. с. широко застосовується також в лазерах (див. нижчий).
Простими модуляторами світла є механічні пристрої, що дозволяють переривати на деякі задані інтервали часу світловий потік. До них відносяться диски, що обертаються, з отворами (обтюратори ) , растри, заслінки, що коливаються або обертаються, дзеркала, призми, а також пристрої, в яких відбувається кероване модулюючим (не оптичним) сигналом порушення оптичного контакту . Інший клас приладів, використовуваних для зовнішньої AM світла, складають модулятори, дія яких заснована на управлінні поглинанням світла в напівпровідниках (див. також Напівпровідникові прилади, Електрооптика ) . Це поглинання залежить від концентрації і рухливості вільних носіїв заряду в напівпровіднику (вільних електронів і дірок ) і може управлятися зміною в нім напруги або струму. Для створення модуляторів світла перспективні також прозорі ферити і антиферомагнетики, вивчення властивостей яких почалося в 60-і рр. 20 ст (див. Магнітооптика ) .
Механічні модулятори забезпечують максимальну прозорість і глибину модуляції, але працюють при частотах модулюючого сигналу не зверху 10 7 гц і не допускають швидкої перебудови частоти (узкополосни). Напівпровідникові модулятори в принципі можуть здійснювати М. с. при частотах до 10 10 —10 11 гц з шириною смуги, що обмежується лише параметрами радіотехнічної схеми, проте глибина М. с. в таких модуляторах і їх загальна ефективність невеликі унаслідок великого поглинання світла в напівпровідниках і малою електричній міцності напівпровідникових матеріалів.
найчастіше для М. с. використовують ефекти, що приводять до зміни заломлення показника оптичного середовища під дією зовнішнього поля (модулюючого сигналу), — електрооптичні (Керр ефект і Поккельса ефект ) , магнітооптичний (Фарадея ефект ) і акустооптичний. У модуляторах, що працюють на цих ефектах, відбувається ФМ світла (з подальшим перетворенням її в AM); тому їх називають також фазовими вічками. Частоти модулюючих сигналів в більшості оптичних середовищ, що заповнюють фазові вічка, можуть досягати 10 11 гц.
При використанні електрооптичного ефекту застосовують або схеми типа мал. , а, в яких AM є результатом інтерференції два або декілька ФМ променів світла (див. Інтерференція світла ) , або поляризаційні схеми ( мал. , би) ; в них ФМ два взаємно перпендикулярних складових лінійно-поляризованого світла приводить до ПМ, а її перетворення в AM здійснюється в аналізаторі (див. Керр вічко, Поляризація світла, Поляризаційні прилади ) .
При використанні ефекту Фарадея (обертання плоскості поляризації світла в магнітному полі) AM світла здійснюється за схемою, яка аналогічна показаною на мал. , би. Частота і ширина смуги частот М. с. електро- або магнітооптичними вічками в основному визначаються параметрами схеми, що управляє їх дією, і можуть бути порівняно великі.
Акустооптичний ефект полягає в зміні показника заломлення середовища під дією пружної напруги, викликаної акустичними (ультразвуковими і гіперзвуковими, див.(дивися) Гіперзвук ) хвилями в цьому середовищі. У твердих тілах (на відміну від рідин і газів) при цьому додатково виникає подвійне променезаломлення . Періодична зміна напряму поширення світла в рідині при проходженні через неї низькочастотної ультразвукової хвилі приводить до сканування світлового променя. У полі високочастотної акустичної хвилі мікроперіодичні зміни показника заломлення утворюють структуру, що представляє для світла фазову дифракційні грати . Дифракція світла на акустичній хвилі, що біжить в середовищі або стоячій (див. Стоячі хвилі ), дозволяє здійснити AM світла за схемою мал. в . В твердих тілах можлива AM світла за допомогою акустичних хвиль і в поляризаційних схемах типа мал. , би (за рахунок подвійного променезаломлення). Область частот модулюючих сигналів при акустооптичних методах М. с. обширна (аж до СВЧ(надвисокі частоти) діапазону), проте із-за малої швидкості звуку в порівнянні з швидкістю світла ширина смуги частот невелика — не більш 1¸2×10 6 гц.
Загальна ефективність М. с. в значній мірі залежить від параметрів світлових пучків. Поява лазерів — унаслідок властивої їх випромінюванню високої міри монохроматичності, малій расходімості і великій енергетичній світимості — дозволило створити економічні і ефективні модулятори за схемами, абсолютно непридатними для некогерентних джерел світла. Виявилося можливим застосувати деякі методи зовнішньої модуляції для внутрішньої модуляції лазерів (модулюючи добротність їх відкритих резонаторів або — в напівпровідникових лазерах і газових лазерах — імпульсне живлення). М. с. в лазерах використовують не лише для введення інформації, але і для збільшення потужності випромінювання (у ряді випадків — на декілька порядків). У твердотілих лазерах, що працюють в режимі модуляції добротності резонаторів за допомогою вічок («затворів»), наповнених рідинами, що прояснюються (при опроміненні потужним світловим пучком), отримані найбільш короткі з відомих світлових імпульсів — тривалістю ~ 10 -11 —10 -12 сік, що відповідає смузі частот 10 11 —10 12 гц.
Літ.: Ритов С. М., Модульовані коливання і хвилі, «Тр. Фізичного інституту АН(Академія наук) СРСР», 1940, т. 2 № 1; Модуляція і відхилення оптичного випромінювання, М., 1967; Адріанова І. І. [і ін.], Фазова светодальнометрія і модуляція оптичного випромінювання, «Оптіко-механічна промисловість», 1970 № 4; Мустель Е. Р., Паригин Ст Н., Методи модуляції і сканування світла, М., 1970; Фабелінський І. Л., Як вивчаються бистропротекающие процеси, «Природа», 1973 № 3.
