电光调制技术课件

电光调制技术电光调制技术1电光调制的物理基础电光效应概念：某些晶体在外加电场的作用下折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性受到影响而改变。电光效应二次（非线性）电光效应（克尔电光效应）一次（线性）电光效应（普克尔斯效应）n=n0+aE+bE2KDP(KH2PO4）：是水溶液培养的一种人工晶体，由于它很容易生长成大块均匀晶体，在0.2~1.5μm波长范围内透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，所以在光电子技术中有广泛的应用。它的主要缺点是易潮解。LINbO3：是单轴晶体，在0.4~5μm波长范围内透射率高达98%，光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常采用。它的主要缺点是光损伤阈值较低。电光晶体电光调制的物理基础电光效应概念：某些晶体在外加电场的作用2电光调制(普克尔效应)(a)纵向调制(b)横向调制纵向调制缺点：一电极需要安装在通光面上，为不影响光传播，电极需要做成特殊的形状。二相位延迟量与晶体长度无关，不能通过增加晶体的长度来降低半波电压。横向调制优点：可以增加材料的长度，减少厚度，来减小半波电压。缺点会由自然双折射引起相移，对温度敏感。电光调制(普克尔效应)(a)纵向调制3纵向电光调制光束EEx=AcosWctEy=AcosWctIi=EE*=|Ex(0)|2+|Ey(0)|2=2A2通过L电光效应Ex'(L)=AEy'(L)=Aexp(-iΔφ)检偏器Eyout=Aexp(-iΔφ)cos45̊+Asin45̊Iout=EyoutEyout*=2A2sin2(πV/2VZ)纵向电光调制光束EEx=AcosWct通过L电光效应Ex'4电光调制特性曲线调制器的透过率与外加电压呈非线性关系，若调制器工作在非线性电压部分，调制光将发生畸变为实现线性调制，可引入固定的π/2相位延迟纵向电光调制电光调制特性曲线调制器的透过率与外加电压呈5改变工作点的常用方法1在调制晶体上除了施加信号电压之外，再附加一个半波电压，但此法增加了电路的复杂性，而且工作点的稳定性也差。2在调制器的光路上插入一个1/4波片，使其快慢轴与晶体主轴X成45角，从而使Ex'和Ey'二分量间产生π/2的固定相位差改变工作点的常用方法1在调制晶体上除了施加信号电压之外，再6

ΔΦm<1

为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大，输出的光强调制波就是调制信号U=UmsinWmt的线性复现，如果不满足

ΔΦm<1，那么调制波就要发生畸变以上讨论的纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等优点。缺点是半波电压太高，特别是在调制频率较高时，功率损耗比较大Δ7横向电光调制由物理光学，横向电光效应可以分为三种不同的运用方式：（1）沿Z轴方向加电场，通光方向垂直于Z轴，并与X或Y轴成45̊夹角（2）沿X方向加电场，通光方向垂直于x轴，并与z轴成45̊夹角（3）沿y轴方向加电场，通光方向垂直于y轴，并与z轴成45夹角第一种横向电光调制的主要缺点是存在自然双折射引起的相位延迟，这意味着在没有外加电场时，通过晶体的线偏振光的两偏振分量之间就有相位差存在。横向电光调制由物理光学，横向电光效应可以分为三种不同的运用方8横向电光效应补偿方式【1】将两块尺寸几乎完全相同的晶体光轴互成90串接排列，即一块晶体的y‘和z轴方别与另一块晶体的z轴和y'轴平行【2】两块晶体的z轴和y’轴互相反平行排列，中间放置一片1/2波片组合调制器横向电光效应补偿方式【1】将两块尺寸几乎完全相同的晶体光轴互9电光调制器需要考虑的主要参数调制带宽调制带宽也称调制效率调制带宽是量度调制器所能使光载波携带信息容量的主要参数透过率调制器的输出光与输入光之比称为透过率消光比

K=Imax/Imin插入损耗插入损耗是反应调制器插入光路引起的光功率损耗程度的参数

电光调制器需要考虑的主要参数调制带宽10半波电压Vπ：是指调制器从关态到开态的驱动电压特性阻抗Zm与驱动功率Pdri

Zm=1/c(1/CC0)1/2

要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容微波驱动功率与进入调制器的功率之间的关系

电光调制器需要考虑的主要参数半波电压Vπ：是指调制器从关态到开态的驱动电压电光调制器需要11电光调制器设计应该考虑的问题光波长的选择晶体特性，光电器件特性，现有技术，应有背景等电光晶体材料的选择光学性能好，对调制光波透明度高，吸收和散射损耗小，晶体折射率均匀；电光系数要大，且电光晶体要有好的物理化学性质等电光调制晶体尺寸的选择主要指横截面大小和长度降低调制器功率损耗的方法采用多个晶体串联的形式，构成组合调制器驱动电压的选择和偏置电光调制器设计应该考虑的问题光波长的选择晶体特性，光电器12M-Z干涉仪式电光调制器M-Z干涉仪式电光调制器13电光调制技术在激光通信中的应用激光通信是以激光作为信息载体的通信。激光通信的优点：通信容量大保密性很强抗干扰能力也很强利用电光调制技术在自由空间进行激光通信的系统，此系统是将被传输的信号载到激光上，以大气为传播介质，在接收地再将信号还原，完成被传输信号在自由空间的光传输。光调制直接调制间接调制内调制外调制在激光形成以后加载调制信号，具体方法是在激光器谐振腔外的光路上放置调制器，在调制器上加调制电压，使调制器的某些物理特性发生相应的变化，当