电光调制器. 共42页

电光调制电光调制四电光调制与光信模拟实验袁礼文10329073 光信02班C2组2013-03-13&20 一、实验目的通过实验操作以及数据进行分析,学习并掌握电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用，在此基础上进一步了解光通信系统的结构。

二、实验仪器晶体电光调制电源，铌酸锂（LiNbO3），He-Ne 激光器及可调电源，可旋转偏振片，格兰棱镜，光接收器，有源音响图三、实验原理1、电光调制的物理机制电光调制的物理基础是电光效应，目前已发现有两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率的变化量与外加电场强度的二次方成正比。

另一种是克尔效应，即折射率的变化量与外加电场强度的二次方成比例。

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。

利用泡克耳斯制成的调制器称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。

泡克耳斯盒又有纵向调制器和横向调制器两种。

现以实验中使用的电光晶体DKDP （磷酸二氘钾）横向调制为例阐述电光调制的简单机理。

图2 电光调制器原理图原理图如上图所示，晶体位于两个正交的偏振器之间，起偏器 P 1的偏振方向平行于电光晶体的 Y 轴，光没晶体入射光的 X 轴方向加上电场后，它们将旋转 45°变成感应轴X ’、Y ’。

现在对晶体内部的偏振光传播进行讨论。

DKDP 是负单轴晶体，它的折射率椭球方程为：2221o o ex y z I I I ++=（1）其中 x 为光轴方向，在平行于光轴的方向加上电压后，折射率椭球方程变为：2226321z o o ex y z E xy I I I γ+++=（2）对上式进行坐标系的变换，消除式中的交叉项：()()'cos 45'sin 45''/2'sin 45'sin 45''/2'x x y x y y x y x y z z ⎧=-=-⎪⎪=+=+⎨⎪=⎪⎩（3）可推导出加了电场后，折射率椭球方程为：2222221'''x y zx y z n n n ++=（4）介电主轴的折射率变为：（5）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（在 Z ＝0处），被分 解 成 沿 OX ’、OY ’方向的两个分量，其振幅和相伴都相等，用复数表示为E X’(0)=A, E Y’(0)=A，入射光强度为（6）当光通过长度为L 的晶体后，由于电光效应，E X’、E Y’之间就产生一个相位差δ，从而有：（7）光从晶体出射后，通过检偏器后的光是晶体中的光的两分量在Y 轴上的投影之和，即：（8）从而对应的输出光的强度为：（9）其中，, 从而可知调制器的透过率为：（10）当从晶体出射的光的两个分量的相位差为δπ=时，外电场所加的电压为半波电压，可求得此时的电压为：（11）从而可知透过率可表示为：（12）当加在晶体上的直流电压为U 0，同时加在晶体上的交流调制信号是sin mUtω其中Um 是其振幅，ω是调制频率。

电光调制器的原理介绍
电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(LiNb03)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTa03)的电光效应制成的调制器。

电光效应即当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制.
电光调制器有良好的特性，可用于光纤有线电视（CATV）系统、无线通信系统中基站与中继站之间的光链路和其他的光纤模拟系统。

电光调制器除了用于上述的系统中用于产生高重复频率、极窄的光脉冲或光孤子（Soliton），在先进雷达的欺骗系统中用作为光子宽带微波移相器和移频器，在微波相控阵雷达中用作光子时间延迟器，用于光波元件分析仪，测量微弱的微波电场等。

电光调制器的基础是电光效应。

根据电光晶体的折射率变化量和外加电场强度的关系，电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)。

因为线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此实际中多用线性电光调制器对光波进行调制。

线性电光调制器可分为纵向的和横向的。

在纵向的调制器中，电场平行于光的传播方向，而横向调制器的电场则垂直于光传播的方向。

高速电光调制器有很多用途。

高速相位调制器可用于相干光纤通信系统，在密集波分复用光纤系统中用于产生多光频的梳形发生器，也能用作激光束的电光移频器。

1。

电光调制器的原理要用激光作为传递信息的工具,首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去的问题,我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制,把完成这一过程的装置称为激光调制器.由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调.因为激光实际上只起到了"携带"低频信号的作用,所以称为载波,而起控制作用的低频信号是我们所需要的,称为调制信号,被调制的载波称为已调波或调制光.按调制的性质而言,激光调制与无线电波调制相类似,可以采用连续的调幅,调频,调相以及脉冲调制等形式,但激光调制多采用强度调制.强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号,使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化.激光调制之所以常采用强度调制形式,主要是因为光接收器一般都是直接地响应其所接受的光强度变化的缘故.激光调制的方法很多,如机械调制,电光调制,声光调制,磁光调制和电源调制等.其中电光调制器开关速度快,结构简单.因此,在激光调制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用.电光调制根据所施加的电场方向的不同,可分为纵向电光调制和横向电光调制.利用纵向电光效应的调制,叫做纵向电光调制,利用横向电光效应的调制,叫做横向电光调制编辑本段电光调制器的应用在电通信系统中,原始率数字信号电平的峰－峰值只有0.8V。

因为数据率大于2.5Gb/s的铌酸锂调制器的半波电压（Vp）较高，故都需要用驱动器来推动调制器。

驱动器不仅要有很宽的工作频带，并且要能提供足够大的微波输出功率。

例如：对于10Gb/s、Vp＝5.5V的调制器，需要驱动器具有75KHz 到8GHz的工作频带及20dBm（100mW）的1dB输出功率。

制作率的驱动器是非常困难的，因此制作具有低Vp的调制器是很受欢迎的。

当然，也要求调制器有良好的其他性能，如低的光插入损耗、大的消光比、小的光反射损耗、弱的电反射损耗和合适的啁啾（chirp）参量。

电光调制器有很多用途。

第三章电光调制器内容•电光调制的基本原理•铌酸锂（LiNbO3）电光调制器•半导体电吸收调制器（EAM）电光调制电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参量的改变而改变。

光波作为信息的载波。

强度调制的方式作为信息载体的光载波是一种电磁场：()()0cos E t eA t ωφ=+r r 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。

在模拟信号的调制中称为AM 、FM 和PM ；在数字信号的调制中称为ASK 、FSK 和PSK 。

调制器：将连续的光波转换为光信号，使光信号随电信号的变化而变化。

性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置电压。

电光调制的主要方式直接调制：电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。

优点：采用单一器件成本低廉附件损耗小缺点：调制频率受限，与激光器弛豫振荡有关产生强的频率啁啾，限制传输距离光波长随驱动电流而改变光脉冲前沿、后沿产生大的波长漂移适用于短距离、低速率的传输系统电光调制的主要方式外调制：调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号而改变。

优点：不干扰激光器工作，波长稳定可对信号实现多种编码格式高速率、大的消光比低啁啾、低的调制信号劣化缺点：额外增加了光学器件、成本增加增加了光纤线路的损耗目前主要的外调制器种类有：电光调制器、电吸收调制器调制器调制器连续光源光传输NRZ 调制格式其他调制格式: •相位调制•偏振调制•相位与强度调制想结合光传输RZ 调制格式脉冲光源电光调制折射率的改变通过电介质晶体Pockels 效应和半导体材料中的电光效应光吸收的改变通过半导体材料中的Franz-Keldysh效应量子阱半导体材料中的量子限制的Stark 效应光与物质相互作用相位调制偏振调制(双折射材料)强度调制强度调制通过-干涉仪结构-定向耦合光在晶体中的传播－电光效应在光与物质相互作用中，电场强度（E）与电极化矢量（P）的关系。

第10课：电光调制器（光学BPM）本课介绍如何制作一个3D模拟的线性电光效应（Pockels效应）改性的材料。

参考波导设计[1]如图1所示。

本节中，该波导被创建时，电位被施加到电极上，并将结果进行比较，参考文献[1]。

图1：这是参考1图2，绘制倒挂。

该波导是一个“底- 删除”的设计，使包层是BCB，用胶水波导到另一个基板，未显示的聚合物。

这种安装暴露AlGaAs敷层在空气中，并在背面电极蒸发那里。

所有的长度都在微米。

OptiBPM中有另一个，老年人，电光模块。

此遗留功能是专门三个共面的电极上扩散电极在铌酸锂中使用时。

参见第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。

如果不需要你想要的符合模型，以这种特定的情况下，系统，以及有关电极阻抗的信息，你可能要考虑所描述的电极区域功能第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。

对于所有其他电光模拟，在本教程中所描述的功能应该被使用。

在这个例子中的材料系统是砷化铝镓。

脊结构形成波导和支持TE 和TM波，虽然只有TE模式被激发在我们的例子。

电极是金属和不显著相交的引导模式。

当电极有电势差时，大多垂直电场出现在支持光模的材料。

的材料的折射率由electo光效应略有修改。

的影响小，但它可以使在光学波的相位的显著差异传播很长的距离后，1厘米的顺序。

根据文献[1]，采用17.8 V该顶面和背面电极之间的电位差应在波导的基本模式1厘米传播后，引起皮的相位变化。

为了使模拟电压依赖性光学相移项目，请按照下列步骤。

一个完成的项目可以在教程Samples目录中找到名为Lesson10_ElectroOptic.bpd。

建议您已经完成了第1课：入门。

这也是一个好主意，已经完成了第9课：创建一个芯片到光纤对接耦合器为好，以熟悉无电光效果的3D BPM模拟问题。

定义介质材料步行动1 在新的项目中，打开配置文件设计，并在科材料/绝缘创建砷化镓一种新材料。

命名材料GaAs155，并在新材料的二维和三维各向同性选项卡中输入的3.421076的折射率。