第7章 光调制器.ppt

7．1 光调制器在纤维光学链路中的作用 7．2 光调制器的基本原理 7．2．2 声光效应光调制 7．2．3 磁光效应光调制 7．3 LiNbO3光调制器 7.3.3 强度调制器偏置控制附件 7．6 光调制器主要参数和使用光调制器需要了解的问题 * 第 7 章 光 调 制 器 在直接调制半导体激光二极管的过程中，不仅输出光强度随调制电流发生变化，而且输出光的频率也会发生波动，也就是说在幅度调制的同时还受到频率调制，特别是在信号频率进入微波时的高速调制情况下，这个现象称之为“啁啾”特性。 由于啁啾特性存在，不仅使单个纵模的线宽展宽，而且在单模光纤中传播时，在色散作用下将使非线性失真增大。这两种不利的结果，将对光纤链路产生极其不利的影响。解决的办法是使用外调制器。 图7-l 采用光调制器的光纤链路 在大容量光纤通信系统和高速光处理系统中，因为调制速率大于激光二极管的内调制速率，不能采用激光二极管直接调制方式，而必须采用外调制方式。 7．2．1 电光效应光调制 电光效应调制器是利用某些电光晶体．例如铌酸锂晶体(LiNbO3)、砷化镓晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTaO3）的电光效应而制成。 所谓电光效应是指外电场加到晶体上引起晶体折射率的变化的效应，从而影响光波在晶体中传播特性变化，实质上是电场作用引起晶体的非线性电极化。 根据电光晶体的应用方式，可把电光效应分为纵向和横向电光效应，强度调制器属于横向电光调制器，由于它的电极不再是透光的，因此电极不必采用透光材料制作。由于电场是横向的，因此能确保在一恒定电场作用下提供较长的电光作用区。 实验表明，折射率的变化(Δn)与外加电场(E)有着复杂的关系，可以近似地认为Δn 与(r | E | + R | E |)成正比， 括号中的第一项与电场成线性关系，这个现象称之为普克尔(Pockel)效应，括号中的第二项与电场成平方关系，这个现象称之为克尔(Kerr)效应。 通常，把折射率与电场的比例的变化称之为线性电光效应或普克尔(Pockel)效应。 电光调制除利用固定电场以外，还可使用行进的微波电场来驱动，这种行波驱动的调制器叫做行波调制器，它的优点是，有高的调制中心频率，且可获得很大的调制带宽。为了得到较好的电光调制性能，要求晶体有大的电光系数和很高的电阻率，且对所用波长透明。 声光效应是指声波作用于某晶体时，产生光弹性作用，使折射率发生变化，从而达到光调制的目的。 磁光效应又称法拉第效应。 当光通过介质传播时．若在垂直光的传播方向上加一强磁场，则光的偏振面产生偏转，其旋转角θ与介质长度、外磁场强度成正比。 7．3．1 MZI行波电极LiNbO3电光调制器 由于电光调制器主要是用于高速光纤链路，主要考虑问题是高频信号的频率限制问题，为此，将超高频调制信号以行波形式输入，以确保电光调制器中光波和调制电场具有相同的速度，即光波波前在调制过程中经受的调制作用是积累的。 7.3.2 几种特殊构形的LiNbO3光调制器 1．双电极驱动构形的LiNbO3光调制器 2．双输出光调制器 在模拟光纤CATV和纤维光学传感器中，使用双输出的光调制器。这种调制器有两个光输出口，每个输出口具有50％输出，可以使用一个光输出来监测信号和进一步改善载噪比，具体应用取决于应用场合。