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3.4磁光调制

磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转

(3.4-1)

1.磁光体调制器

磁光体调制器的组成如图1所示。为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。

工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场强度H。

(3.4-2)

?s：是单位长度饱和法拉第旋转角；是调制磁场。如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光。

z

z

z

Hdc

45?

入射光

起偏器

调制信号

检偏器

YIG棒

图1磁光调制示意图

2.磁光波导调制器

我们以磁光波导模式转换调制器为例讨论磁光波导调制器的原理。图2所示为磁光波导模式转换调制器的结构，圆盘形的钆镓石榴石（Gd3Ga5O12-GGG）衬底上，外延生长掺Ga、Se的钇铁石榴石（YIG）磁性膜作为波导层。

在磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，当电流通过蛇形线路时，蛇形线路中某一条通道中的电流沿y方向，则相邻通道中的电流沿?y方向，该电流可产生?z、?z方向交替变化的磁场，磁性薄膜内便可出现沿?z、?z方向交替饱和磁化。蛇形磁场变化的周期为

(3.4-3)

??：TE模和TM模传播常数之差。

可将输入TM模的（?=1.52?m）52%的功率转换到TE模上去。磁光波导模式转换调制器的输出耦合器一般使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的TE和TM模分成两条光束。

?

?

TM

TE

TM

x

z

y

图2磁光波导模式转换调制器

3.5直接调制

直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管LD或半导体发光二极管LED），从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。

根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟调制和数字调制两种。

1.半导体激光器（LD）直接调制的原理

图3为砷镓铝双异质结注入式半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系曲线。图4所示半导体激光器的光谱特性。

10080

100

80

60

40

20

8509501050

波长(?m)

相对辐射强度(%)

高于阈值

低于阈值

图4半导体激光器的光谱特性

10

5

0

050100It150200

驱动电流(mA)

输出功率(mW)

图3半导体激光器的输出特性

图5所示的是半导体激光器调制原理以及输出光功率与调制信号的关系曲线。为了获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流Ib，这样就可以使输出的光信号不失真。

输出功率

输出功率

直流偏置

调制信号

输出光强信号

t

t

t

(b)

C

L

~

LD

调制信号

直流偏置

(a)

图5半导体激光器调制(a)电原理图；(b)调制特性曲线

半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。

2.半导体发光二极管（LED）的调制特性

LD2LD1LED1

LD2

LD1

LED1

LED2

LED3

LED4

I(mW)

Pout(mW)

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0100200300400

图6LED与LD的Pout-I曲线比较

3.半导体光源的模拟调制

无论是使用LD或LED作光源，都要施加偏置电流Ib，使其工作点处于LD或LED的P－I特性曲线的直线段，如图7所示。其调制线性好坏与调制深度m有关：

LED

LED

Ub

+Ec

Ic

已调光波

(a)

Pout

I

t

Ico

(b)

图7模拟信号驱动电路激光强度调制(a)驱动电路；(b)LED工作特性

4.半导体光源的脉冲编码数字调制

PoutIbIDttI(a)OPoutIOt(b)图8数字调制特性(a)加Ib后LD数字调制特性；(b)LED数字调制特性如前所述，数字调制是用二进制数字信号“1”和

Pout

Ib

ID

t

t

I

(a)

O

Pout

I

O

t

(b)

图8数字调制特性(a)加Ib后LD数字调制特性；(b)LED数字调制特性

由于数字光通信的突出优点，所以其有很好应用的前景。首先因为