电光调制器

物理基础

　　光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而折射率的分布又与其介电常量（电容率）密切相关。晶体折射率可用施加电场E的幂级数表示，即

　　或写成

　　式中， γE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯(Pockels)效应；由二次项 bE2 引起的折射率变化，称为二次电光效应或克尔（Kerr ）效应。对于大多数电光晶体材料，一次效应要比二次效应显着，可略去二次项。

设计

　　1. 电光晶体材料的选择

　　调制晶体材料对调制效果起着关键的作用，所以在选择晶体材料时，应着重考虑以几个方面的因素：

　　A.  首先是光学性能好,对调制光波透明度高,吸收和散射损耗小并且晶体的折射率均匀,其折射率的变化应满足△n＜10-4／cm；

　　B.   其次是电光系数要大，因为调制器的半波电压及所耗功率分别与γ63 和γ632 成反比。

　　C.   此外，调制晶体还要有较好的物理化学性能(主要指硬度、光破坏与制、阈值、温度影响和潮解等)。

　　2．降低调制器功率损耗的方法

　　由于KDP类电光晶体的半波电压较高,为了降低其功率损耗，可采用n级晶体串联的方式(即光路上串联、电路上并联)。一个4块KD*P晶体串联的纵向调制晶体，把相同极性的电极联接在一起，为使四块晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体的x和y轴逐块旋转90°安置(例如第二块晶体的x、y轴相对于、三块x、y轴旋转90。)，其结果使相位延迟相加，这相当于降低了半波电压。但串接晶体块数亦不宜过多，以免造成透过率太低或电容太大。

　　3．电光晶体尺寸的选择

　　电光晶体的尺寸是指其长度和横截面的大小。在KDP类晶体纵向运用中，虽然半波电压与晶体长度无关，但增加其长度却能减小调制器的电容(因为Co=εA / L)使频带展宽，可是长度越长对加工及装调精度要求越高，否则，晶体的光轴不可能完全平行于光波传播方向，会受到晶体自然双折射的影响，因而增加调制器的相位延迟的不稳定性，故L不能过长。横向截面的大小主要根据通光孔径的要求而定。

原理

　　要用激光作为传递信息的工具,首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去的问题,我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制,把完成这一过程的装置称为激光调制器.由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调.因为激光实际上只起到了"携带"低频信号的作用,所以称为载波,而起控制作用的低频信号是我们所需要的,称为调制信号,被调制的载波称为已调波或调制光.按调制的性质而言,激光调制与无线电波调制相类似,可以采用连续的调幅,调频,调相以及脉冲调制等形式,但激光调制多采用强度调制.强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号,使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化.激光调制之所以常采用强度调制形式,主要是因为光接收器一般都是直接地响应其所接受的光强度变化的缘故.

　　激光调制的方法很多,如机械调制,电光调制,声光调制,磁光调制和电源调制等.其中电光调制器开关速度快,结构简单.因此,在激光调制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用.电光调制根据所施加的电场方向的不同,可分为纵向电光调制和横向电光调制.利用纵向电光效应的调制,叫做纵向电光调制,利用横向电光效应的调制,叫做横向电光调制.

应用

　　在电通信系统中,原始率数字信号电平的峰－峰值只有0.8V。因为数据率大于2.5Gb/s的铌酸锂调制器的半波电压（Vp）较高，故都需要用驱动器来推动调制器。驱动器不仅要有很宽的工作频带，并且要能提供足够大的微波输出功率。例如：对于10Gb/s、Vp＝5.5V的调制器，需要驱动器具有75KHz 到8GHz的工作频带及20dBm（100mW）的1dB输出功率。制作率的驱动器是非常困难的，因此制作具有低Vp的调制器是很受欢迎的。

　　当然，也要求调制器有良好的其他性能，如低的光插入损耗、大的消光比、小的光反射损耗、弱的电反射损耗和合适的啁啾（chirp）参量。

　　电光调制器有很多用途。相位调制器可用于相干光纤通信系统，在密集波分复用光纤系统中用于产生多光频的梳形发生器，也能用作激光束的电光移频器。

　　电光调制器有良好的特性，可用于光纤有线电视（CATV）系统、无线通信系统中基站与中继站之间的光链路和其他的光纤模拟系统。

　　电光调制器除了用于上述的系统中用于产生高重复频率、极窄的光脉冲或光孤子（Soliton），在先进雷达的欺骗系统中用作为光子宽带微波移相器和移频器，在微波相控阵雷达中用作光子时间延迟器，用于光波元件分析仪，测量微弱的微波电场等。