第一章电光调制与声光调制

声波是一种纵向机械应力波(弹性波).若把这种应力波作用到声光介质中时会引起介质密度呈疏密周期性变化，使介质的折射率也发生相应的周期性变化，这样声光介质在超声场的作用下，就变成了一个等效的相位光栅,如果激光作用在该光栅上，就会产生衍射。

衍射光的强度、频率和方向将随超声场而变化。

激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大；加之激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密，因而为光信息传递提供了一种理想的光源。

激光调制我们把欲传输的信息加载于激光副射的过程称为激光调制。

光调制分为内调制和外调制两类。

外调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发生相的变化，当激光通过它时即得到调制，所以外调制不是改变激光器参数,而是改变已经输出的激光的参数(强度,频率等)。

声光调制声波是一种纵向机械应力波(弹性波)。

若把这种应力波作用到声光介质中时会引起介质密度呈疏密周期性变化，使介质的折射率也发生相应的周期性变化。

这样声光介质在超声场的作用下，就变成了一个等效的相位光栅，如果激光作用在该光栅上，就会产生衍射。

衍射光的强度、频率和方向将随超声场而变化.所谓“声光调制器”就是利用这一原理而实现光束调制或偏转的。

声光调制的原理1、超声波在声光介质中的作用声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。

行波所形成的声光栅其栅面是在空间移动的。

介质折射率的增大和减小是交替变化的,并且以超声波的速度V向前s推进。

在声光介质中,两列相向而行的超声波(其波长,相位和振幅均相同)产生叠加，在空间将形成超声驻波。

声驻波形成的声光栅在空间是固定的,其相位变化与时间成正弦关系，合成声波方程为:a(z,t)=a1(z,t)+a2(z,t)=2Acos2πz/λs·sin2πt/Ts介质中折射率的变化如图1所示,声波在一个周期T内，介质将两次出现疏密层，且在波节处密度保持不变，因而折射率每隔半个周期(T/2)在波腹处变化一次，即由极大值变为极小值，或由极小值变为极大值，在两次变化的某一瞬间介质各部分折射率相同,相当于一个不受超声场作用的均匀介质。

当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象称为电光效应。

电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间，可以在高速摄影中用做快门或在光速测量中用做光束斩波器等。

在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速发展，电光器件被广泛应用在激光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。

本文提出的电光调制系统就是基于晶体的电光效应验证电光调制原理。

1 电光调制原理电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。

根据加在晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同，可分为纵向调制和横向调制。

电场方向与光的传播方向平行，称为纵向电光调制；电场方向与光的传播方向垂直，称为横向电光调制。

横向电光调制的优点是半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛。

本电光调制系统是以铌酸锂晶体的横向调制为例。

图1是一种横向电光调制的示意图。

沿z方向加电场，通光方向沿感应主轴y′方向，经起偏器后光的振动方向与z轴的夹角为45°。

光进入晶体后，将分解为沿x′和z方向振动的两个分量，两者之间的折射率之差为。

假定通光方向上晶体长度为l，厚度为d(即两极间的距离)，则外加电压为V=Ezd时，从晶体出射的两束光的相位差为：由式(1)可以看出，只要晶体和通光波长λ确定之后，相位差△φ的大小取决于外加电压V，改变外加电压V就能使相位差△φ随电压V成比例变化。

通常使用的电光晶体的主要特性之一是采用半波电压米表征(当两光波间的相位差△φ为π弧度时所需要的外加电压称为半波电压)。

2 电光调制系统总体设计基于电光调制原理设计出此电光调制系统，用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通信与物理的实验研究。

电光调制系统结构见图2。

2.1 工作原理激光器电源供给激光器正常工作的电压，确保激光器稳定工作。

由激光器产生的激光经起偏器后成线偏振光。

线偏振光通过电光晶体的同时，给电光晶体外加一个电压，此电压就是需要调制的信号。

电光调制原理电光调制是一种利用电场调制光的强度的技术，它在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。

电光调制原理是指利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。

电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。

本文将从电光调制原理的基本概念、工作原理和应用领域等方面进行介绍。

电光调制原理的基本概念。

电光调制原理是利用外加电场改变介质的折射率，从而改变光的传播性质。

在电光调制器件中，通过外加电场使介质的折射率发生变化，进而改变光的相位和强度。

一般来说，电光调制器件采用的是电光效应，即在外加电场的作用下，介质的折射率会发生变化。

这种原理使得光信号能够被电信号控制，从而实现光信号的调制。

电光调制原理的工作原理。

电光调制器件一般采用的是电光效应，其中最常见的是Kerr效应和Pockels效应。

Kerr效应是指在介质中加入电场后，介质的折射率与电场的平方成正比而改变，这种效应通常用于强光的调制。

Pockels效应是指在晶体中加入电场后，晶体的折射率与电场成线性关系而改变，这种效应通常用于弱光的调制。

通过这些电光效应，可以实现对光信号的调制，从而实现光通信、光传感等应用。

电光调制原理的应用领域。

电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。

在光通信中，电光调制器件可以实现光信号的调制和解调，从而实现光通信系统中的信号传输和处理。

在光传感中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现对光信号的探测和测量。

在光调制器件中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现光调制器件的功能。

总结。

电光调制原理是利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。

电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。

电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用，可以实现光信号的调制和解调，光信号的探测和测量，以及光调制器件的功能。

光信息专业实验报告：光调制与光通信模拟系统实验一、实验目的1. 学习电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用。

2. 了解光通信系统的结构。

二、光调制基本原理常用的光调制方式主要有电光调制、声光调制和磁光调制，分别是利用电光效应、声光效应和磁光效应来实现对光的调制的。

1. 电光调制器件工作原理光学介质的电光效应是指，当介质受到外电场作用时，其折射率将随外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，介质的光学特性由原来的各向同性变为各向异性。

目前已发现两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels ）效应，即折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例；另一种是克尔（Kerr ）效应，即折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例。

利用泡克耳斯效应制成的调制器成为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。

利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。

泡克耳斯盒有纵向调制器和横向调制器两种。

我们实验中使用的是电光晶体为DKDP （磷酸二氘钾）的纵向调制泡克耳斯盒。

不给泡克尔斯盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P 后变为振动方向平行于P 光轴的平面偏振光。

通过泡克耳斯盒时，其偏振方向不变，到达检偏器Q 时，因光的振动方向垂直于Q 光轴而被阻挡，所以Q 没有光输出；给泡克耳斯盒加电压时，由于电光效应，盒中介质将具有单轴晶体的光学特性，光轴与电场方向平行。

此时，通过泡克耳斯盒的平面偏振光的振动方向将被改变，从而产生了与Q 光轴方向平行的分量，即Q 有光输出。

Q 输出光的强弱与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压大小有关。

对于结构已确定的泡耳克斯盒来说，若外加电压是周期性变化的，则Q 的光输出也是周期性变化的，由此实现对光的调制。

图1 各个量的方位关系图图1表示的是几个偏振量之间的方位关系，光的传播方向平行于z 轴，M 和N 分别为起偏器P 和检偏器Q 的光轴方向，彼此垂直；α为M 与y 轴的夹角，β为N 与y 轴的夹角，2/πβα=+；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x 轴；o 光垂直于xz 平面，e 光在xz 平面内。

电光调制实验一 实验原理电光调制实验仪作为高等院校新一代的物理实验仪器，在基础物理实验和相关专业的实验中用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通讯与光信息处理的实验研究。

电光调制器的调制信号频率可达 Hz 量级，因而在激光通讯、激光显示等领域中有广泛的应用。

（一）电光调制原理某些晶体在外加电场的作用下，其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应，利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制，构成电光调制器。

电光效应分为两种类型：（1）一级电光（泡克尔斯—Pockels ）效应，介质折射率变化正比于电场强度。

（2）二级电光（克尔—Kerr ）效应，介质折射率变化与电场强度的平方成正比。

本实验仪使用铌酸锂（LiNbO 3）晶体作电光介质，组成横向调制（外加电场与光传播方向垂直）的一级电光效应。

图1 横向电光效应示意图如图1所示，入射光方向平行于晶体光轴（Z 轴方向），在平行于X 轴的外加电场（E ）作用下，晶体的主轴X 轴和Y 轴绕Z 轴旋转45°，形成新的主轴X ’轴—Y ’轴（Z 轴不变），它们的感生折射率差为Δn ，并正比于所施加的电场强度E ：rE n n 30=∆式中r 为与晶体结构及温度有关的参量，称为电光系数。

n 0为晶体对寻常光的折射率。

当一束线偏振光从长度为l 、厚度为d 的晶体中出射时，由于晶体折射率10910~10１的差异而使光波经晶体后出射光的两振动分量会产生附加的相位差δ，它是外加电场E 的函数： U d l r n rE n nl ⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆=3030222λπλπλπδ (1) 式中λ为入射光波的波长；同时为测量方便起见，电场强度用晶体两极面间的电压来表示，即U=Ed 。

当相差πδ=时，所加电压l d r n U U 302λπ== (2) πU 称为半波电压，它是一个可用以表征电光调制时电压对相差影响大小的重要物理量。

光纤通信系统中常用的调制方法一．光纤通信概况1.发展1966年，美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。

1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB ／km的光纤，光纤通信时代由此开始。

由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。

光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。

2.基本组成光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。

最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路和光接收机组成，具体如下图所示二．光调制与解调1.基本概念类似于电通信中对高频载波的调制与解调，在光通信中叶对光信号进行调制与解调。

不管是模拟系统还是数字系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。

光载波经过光纤线路传输到接收端，再由接收机通过解调把光信号转换为电信号。

2.常用的调制方式根据调制和光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两类。

直接调制方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，是采用电源调制的方法。

间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，有电光调制、磁光调制、声光调制、电吸收效应和共振吸收效应等。

本文将详细介绍现在常用的是电光调制和声光调制两种。

三、调制方式的详细介绍1.直接调制（1）调制原理直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小来改变激光器输出光波的强弱。

传统的 PDH 和 2.5Gbit/s 速率以下的 SDH 系统使用的 LED 或 LD 光源基本上采用的都是这种调制方式。

(2)优缺点a.优点：结构简单、损耗小、成本低。