铌酸锂光纤声电光调制器.PDF

第30卷第2期 北京工业大学学报 V01．30№．2 2004年6月 JoI瓜NALOFBEUINGIⅡ呵ⅣERSn’y0FTECHNOLOGY Jun．2004 铌酸锂光纤声电光调制器 俞宽新，庞兆广，蒋安恩 (北京工业大学应用数理学院，北京100022) 摘要：制作了一种新型光纤声电光调制器，在原有光纤声光调制器的基础上增加了一对直流电极，通过电光 效应改变器件的中心频率，使应用更具有灵活性．声电光效应包括声光效应和电光效应，其中声光效应同时起 到光调制与光偏转的作用．给出了声电光衍射效率的计算公式，讨论了最佳声电光工作模式的选定，计算了铌 酸锂反常声光互作用几何关系，设计制作了铌酸锂光纤声电光调制器，测试了其相对衍射效率分别随电信号功 率和直流电压变化的曲线，实验结果和理论相符． 关键词：铌酸锂；光纤；声电光效应；调制器 中图分类号：TN65 文献标识码：A 文章编号：0254—0037(2004)02—0256—04 光纤声光调制器¨3利用声光效应进行光调制，它将输入光纤中的激光引人声光器件内，通过声光互 作用产生强度随待传输信息而变化的衍射光，再将它引入输出光纤．光纤声光调制器工作频率固定不变， 当待传输调制信号的载频与器件的工作频率有差异时，避免不了会影响器件的衍射效率．为了克服这一 缺点，在传统的光纤声光调制器的基础上增加了一对直流电极，同时使用声光效应和电光效应，其中声光 效应用来进行光调制和光偏转，电光效应用来改变器件的工作频率． 1 工作原理 光纤声电光调制器的结构如图1所示，将待传输的视频或 音频信号调制到射频信号上，其载频与光纤声电光调制器的工 作频率一致，然后将此调制信号加到换能器上，产生强度随传 输信号变化的超声波，耦合进入声电光晶体内．将激光引入输 入光纤，经透镜聚焦于声电光晶体内，通过声光效应产生强度 随传输信号变化的衍射光，再经透镜聚焦从输出光纤到光电转 换器上进行解调，零级光用光栏挡掉．另外将直流高压加在电 极上，在晶体内产生直流电场，通过改变所加电压的大小和方 向，来控制光纤声电光调制器的频率，使之随不同频率的射频调制信号而改变，增加使用的灵活性． 光纤声电光调制器中光、声、电的方向基本上两两垂直，故电光效应可用有较低半波电压的横向电光 效应，声光效应可用有较高衍射效率的布拉格效应．为使器件的工作频率可调，需使用反常声光效应，使 入射光和衍射光的偏振态不同，因而得到不同的折射率．其原理是，入射光、衍射光波矢和声波矢间满足 动量匹配条件，加直流电压后，入射光和衍射光的折射率一个增大、一个减小．在不改变入射光和声波方 向的前提条件下，为了保证3个波矢再满足动量匹配条件，声波矢的大小也必将发生变化，这样就改变了 调制器的工作频率旧’． 从声光效应耦合波方程知，弱声光互作用条件下反常布拉格声光衍射效率为¨1 收稿日期：2004．01．13． 基金项目：北京市教委基金资助项目(05006ll1200101)． 作者简介：俞宽新(1946一)，男，江苏南京人，教授，博士，博士生导师． 万方数据 第2期 俞宽新等：铌酸锂光纤声电光调制器 257 sin (1) 叩=(言／2)2c2(△地／2) 式中：L为声光互作用长度，即换能器的长度；言为声致相移，反映声光互作用的强弱，亭2的大小与超声功率 只或加在换能器上的驱动电信号功率只成正比；△足为动量失配，在光纤声电光调制器中 △忌=(2兀／A)(△，z，+△，ld) (2) 式中：A为光波长；△，z；、△以。分别为人射光、衍射光折射率的变化量，大小可统一写成【41 △ni，d=【，z乙，，(u／^)】／2 (3) 式中：，2p粕分别为入射光和衍射