光电子技术_王俊波_电光调制.ppt

UP DOWN BACK * 共29页 * * 电光调制的物理基础是电光效应，即某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。 §3.2 电光调制 利用泡克耳斯效应实现电光调制可以分为两种情况。 一、电光强度调制 一种是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的．但在时间上是变化的．当一束光通过晶体之后，可以使一个随时间变化的电信号转换成光信号，由光波的强度或相位变化来体现要传递的信息，这种情况主要应用于光通信、光开关等领域。 另一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布，形成电场图像，即随x和y坐标变化的强度透过率或相位分布，但在时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进行调制。 1. 纵向电光调制（通光方向与电场方向一致） 电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴，检偏器P2的偏振方向平行于y轴，当沿晶体z轴方向加电场后，它们将旋转45o变为感应主轴x’,y’。因此，沿z轴入射的光束经起偏器变为平行于x轴的线偏振光，进入晶体后(z=0)被分解为沿x’和y’方向的两个分量，两个振幅(等于入射光振幅的1/ ）和相位都相等．分别为： 入射光 P1 Ii x y z x? y? P2 Io 调制光 ~V L 起偏器 ?/4波片 检偏器 纵向电光强度调制 或采用复数表示， 即 当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，E x’和E y’二分量间就产生了一个相位差 ，则 (3.2-28) 由于光强正比于电场的平方，因此，入射光强度为 y Y’ x X’ 45o 45o 后一步考虑了(3.2-19)式和(3. 2-20)式的关系。 (3.2-29) 与之相应的输出光强为： (3.2-30) 将出射光强与入射光强相比[(3.2-29)公式/ (3.2-28)公式]得： 注意公式： (3.2-30)式中的T称为调制器的透过率。根据上述关系可以画出光强调制特性曲线。在一般情况下，调制器的输出特性与外加电压的关系是非线性的。 Vπ和Vλ/2 是一回事。 若调制器工作在非线性部分,则调制光将发生畸变。为了获得线性调制，可以通过引入一个固定的 /2相位延迟，使调制器的电压偏置在T＝50％的工作点上。常用的办法有两种： 电调制特性曲线 50 100 透过率(%) 0 透射光强 时间 电压 调制电压 V? V?/2 △?m = ?Vm/V? （相当于3.2-30式中的 △? ）是相应于外加调制信号vm的相位延迟。其中Vm sinωmt 是外加调制信号电压。 其一，除了施加信号电压之外，再附加一个 Vλ/4 的固定偏压，但会增加电路的复杂性，且工作点的稳定性也差。 其二，在光路上插入一个1／4波片(3.2-5图)其快慢轴与晶体主轴x成45o 角，使E x’和E y’二分量间产生 ?/2 的固定相位差。(3.2-30)式中的总相位差 因此，调制的透过率可表示为 利用贝塞尔函数恒等式将上式 （3.2-31) （3.2-32) 由此可见，输出的调制光中含有高次诣波分量，使调制光发生畸变。为了获得线性调制，必须将高次 展开，得 若取 ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1 =0.045，即三次谐波为基波的4.5%。在这个范围内可以获得近似线性调制，因而取 谐波控制在允许的范围内。设基频波和高次谐波的幅值分别为I1和I2n+1, 则高次谐波与基频波成分的比值为 (3.2-33) 作为线性调制的判据。 此时 代入（3.2-32)式得 (3.2-34) (3.2-35) sin(△?m sinωmt) 的△?m 若远远小于1， 则: 为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)，那么输出的光强调制波就是调制信号V=Vm sinωmt 的线性复现。如果△?m 1ra