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电光调制技术 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+bE2 KDP(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(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。 纵向电光调制 光束E Ex=AcosWct Ey=AcosWct Ii=EE*=|Ex(0)|2+|Ey(0)|2=2A2 通过L 电光效应 Ex(L)=A Ey(L)=Aexp(-iΔφ) 检偏器 Ey out=Aexp(-iΔφ)cos45 ?+Asin45? Iout=Eyout Eyout*=2A2sin2(πV/2VZ) 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 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 ΔΦm1 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 ΔΦm1 ，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 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45?夹角 （2）沿X方向加电场，通光方向垂直于x轴，并与z轴成45?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 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 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 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，