当前位置：文档之家 › 第5章 光调制器

第5章 光调制器

  • 格式：ppt
  • 大小：5.80 MB
  • 文档页数：115

下载文档原格式

  / 115

合集下载

光模块调制器原理

光模块调制器原理

光模块调制器原理
光模块调制器的工作原理主要基于光电效应和电光效应。

光电效应是指当光照射到某些材料表面时，光子的能量被电子吸收后，电子会被激发到导带，形成电流。

在光调制器中，通常使用半导体材料作为光电效应的工作介质。

因为半导体材料具有较高的光电转换效率和较小的电光响应时间，适合用于高速光通信系统中。

电光效应是指当电场作用于某些材料时，会改变材料的折射率，从而改变光的传播速度和路径。

在光调制器中，相位调制器和强度调制器都利用了电光效应。

相位调制器利用线性电光效应改变光的相位，而强度调制器则利用电致吸收效应改变光的强度。

此外，偏振调制器也是光调制器的一种，其原理是电信号控制光载波的偏振态。

当输入数字“0”时，输出光为+45℃方向的线偏振光；当输入数字“1”时，输出光为-45℃方向的线偏振光。

通过检测光载波的偏振态，可以恢复
出电信号。

以上信息仅供参考，如果您还有疑问，建议咨询专业人士。

第五章光调制技术光信息系统的信号加载与控制e纵向横向电光效应20131122

第五章光调制技术光信息系统的信号加载与控制e纵向横向电光效应20131122

E
A
expi
t
c
n0
1 2
n
3 0
63E
L
1.2-26
在晶体的出射面(z＝L)处，两个分量间的相位差可
由上两式中指数的差得到(x’ 分量比y’分量的大）
cn03 63V
c
V 1.2-27
V
ny
n x
2
Ln03 63Ez
2
n03 63V
(1.2 19) 9
某一时刻 Ex、 E y 的变化曲线及相应的光场矢量变化情形
E
2 y
A22
2Ex E y A1 A2
cos
sin2
(1.2 21)
(2)当晶体上所加电场（ V 4 ）使
(n 1)
2
时，(1.2-21)式可简化为
Ex2 A12
E y2 A22
1
(1.2 23)
这是一个正椭圆方程，当A1=A2（？） 时，其合
成光就变成一个圆偏振光，相当于一个“1/4波片”的
22
使用电光调制器的光通信线路
2．横向电光调制（通光方向与电场方向垂直） 物理光学已经讲过，横向电光效应可以分为三种不同
的运用方式： (1)沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x或y
轴成45o夹角 (2)沿x方向加电场(即电场方向垂直于x光袖)，通光方向
垂直于x轴。 (3)沿y轴方向加电场，通光方向垂直于y轴。 以下仅以KDP类晶体为代表讲述第一种运用方式。
14
那么，通过检偏器后的总电场强度是E x’(L)和E y’（L）在y方向的
投影之和，即
x
X’
Y’
与之相应的输出光强为：
45o 45o y

光纤(带答案)

光纤(带答案)

第一章：光纤通讯1、什么是光纤通讯光纤通讯及系统的构成光纤通讯使用光导纤维作为传输光波信号的通讯方式。

光纤通讯系统往常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等构成。

2、什么事光通讯光通讯就是以光波为载波的通讯。

3、光纤通讯的长处①传输频带宽，通讯容量大。

② 传输衰减小，传输距离长。

③ 抗电磁扰乱，传输质量好。

④ 体积小、重量轻、便于施工。

⑤ 原资料丰富，节俭有色金属，有益于环保4、光纤通讯的工作波长光源：近红外区波长：—μm频次：167—375THz5 、 WDM是指什么DWDM指什么WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从资料上能够分为哪几种从资料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连结器从连结方式来看分为哪几种常有的插针端面有哪几种PC、 APC、 SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯构造分，光缆分为哪几种层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光芒的制造分哪几个步骤I资料准备与提纯II制棒III拉丝、涂覆IV塑套此中制棒分为：（ 1） MCVD改良的化学气相积淀法（2）PCVD等离子化学气相积淀法10 、按资料光纤分几种同611、无源器件的种类连结器、分路器与耦合器、衰减器、隔绝器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通讯的物理学基础1、经过哪些现象能够证明光拥有颠簸性光的颠簸性能够从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应光电效应拥有哪些试验规律因为光的照耀使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴每种金属都有一个确立的截止频次γ0，当入射光的频次低于γ 0时，无论入射光多强，照耀时间多长，都不可以从金属中开释出电子。

⑵关于频次高于γ 0的入射光，从金属中开释出的电子的最大动能与入射光的强度没关，只与光的频次相关。

频次越高开释出的电子的动能就越大。

⑶关于频次高于γ 0的入射光，即便入射光特别轻微，照耀后也能立刻开释出电子。

光调制器原理

光调制器原理

光调制器原理
光调制器是一种能够控制光信号传输的重要器件，它在光通信、光传感和光信息处理等领域有着广泛的应用。

光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等，下面将对这些原理进行详细介绍。

首先，电光效应是光调制器中最常见的原理之一。

它利用外加电场改变介质的折射率，从而实现光信号的调制。

当在介质中施加电场时，介质的折射率会发生变化，进而改变光的传播速度和相位，从而实现光信号的调制。

电光效应广泛应用于各种类型的光调制器中，如电吸收调制器和电光调制器等。

其次，光学相位调制是另一种常见的光调制器原理。

它通过改变光波的相位来实现光信号的调制。

光学相位调制通常通过在光路中引入相位调制器来实现，其中最常见的原理是利用电光效应或者电声光效应来改变光波的相位，从而实现光信号的调制。

光学相位调制器具有调制速度快、带宽宽等优点，在光通信系统中有着重要的应用。

最后，强子隧道效应也是一种重要的光调制器原理。

它利用外加电场改变半导体中的载流子浓度，从而改变半导体的折射率，实现光信号的调制。

强子隧道效应在半导体光调制器中有着重要的应用，尤其是在高速光通信系统中，其调制速度和调制深度均能满足系统的要求。

综上所述，光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等。

这些原理在光通信、光传感和光信息处理等领域有着重要的应用，为光学器件的发展提供了重要的技术支持。

随着光电子技术的不断发展，相信光调制器在未来会有更加广泛的应用。

光调制技术

光调制技术

光调制技术
光调制技术就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上的一种调制技术。

光调制能够使光波的某些参数（如振幅、频率、相位、偏振状态和持续时间）等按一定的规律发生变化。

其中实现光调制的装置称为光调制器。

光调制过程本质上就是对极化方向上的单位矢量、振幅、载波频率和相位中的一种或多种参量进行调制。

研究的主要调制方式有偏振位移调制键控（PoLSK）、幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

光调制技术已广泛应用于光通信、测距、光学信息处理、光存储和显示等方面。

通信行业光传输网络优化方案

通信行业光传输网络优化方案

通信行业光传输网络优化方案第一章光传输网络概述 (2)1.1 光传输网络基本概念 (2)1.2 光传输网络发展现状 (2)1.3 光传输网络优化的重要性 (3)第二章光传输网络拓扑结构优化 (3)2.1 网络拓扑结构分析 (3)2.2 拓扑结构优化策略 (3)2.3 拓扑结构优化案例分析 (4)第三章光传输网络设备优化 (4)3.1 设备选型与配置 (4)3.2 设备功能优化 (5)3.3 设备维护与管理 (5)第四章光传输网络传输介质优化 (5)4.1 传输介质特性分析 (5)4.2 传输介质优化策略 (6)4.3 传输介质优化案例分析 (6)第五章光传输网络路由优化 (7)5.1 路由算法与策略 (7)5.2 路由优化方法 (7)5.3 路由优化案例分析 (7)第六章光传输网络保护与恢复优化 (8)6.1 保护与恢复机制 (8)6.2 保护与恢复策略优化 (8)6.3 保护与恢复优化案例分析 (9)第七章光传输网络功能监控与评估 (9)7.1 功能监控技术 (9)7.2 功能评估方法 (10)7.3 功能监控与评估案例分析 (10)第八章光传输网络故障处理与排除 (11)8.1 故障分类与诊断 (11)8.2 故障处理策略 (12)8.3 故障排除案例分析 (12)第九章光传输网络安全管理 (12)9.1 安全风险分析 (13)9.1.1 物理安全风险 (13)9.1.2 网络安全风险 (13)9.2 安全防护措施 (13)9.2.1 物理安全防护措施 (13)9.2.2 网络安全防护措施 (13)9.3 安全管理案例分析 (14)第十章光传输网络发展趋势与展望 (14)10.1 光传输网络发展趋势 (14)10.2 光传输网络技术展望 (15)10.3 光传输网络市场前景预测 (15)第一章光传输网络概述1.1 光传输网络基本概念光传输网络是一种基于光纤作为传输介质的通信网络，主要利用光波作为信息载体，通过光电转换、光信号放大与调制等技术，实现大容量、高速率的信息传输。

第五章光纤传感基本原理-频率调制


m
1,2,
光纤传感器基本原理
5.6 偏振调制机理
线偏振光，光波的光矢量方向始终不变，只是它的大小随 相位改变。光矢量与光的传播方向组成的平面为线偏振光的振 动面。
圆偏振光，光矢量大小保持不变，而它的方向绕传播方向 均匀地转动，光矢量末端的轨迹是一个圆。
椭圆偏振光，光矢量的大小和方向都在有规律地变化，且光 矢量的末端沿着一个椭圆转动。
黑体光谱辐射能量密度、 温度及波长三者之间的关系。
5.5.3 光纤黑体探测技术
光纤传感器基本原理
光纤黑体探测技术，就是以黑体做探头，利用光纤传输热辐射波， 不怕电磁场干扰，质量轻，灵敏度高，体积小，探头可以做到0.1mm。
光纤传感器基本原理
5.5.4 光纤法布里-珀罗滤光技术
0 m
2nd cos m /
FL 108
可检测到信号
5.4.2 光纤多普勒系统的局限性
光纤传感器基本原理
一般多普勒探测器最大只能实现液体中几毫米处粒子的运动
速度虚测像量半，径只ri适 a用du 于携带粒子的流体或混浊体中悬浮物质的速度 测量数。值速孔度径测NA量i 范NA围du 为μm/s～m/s，相应的频偏为Hz-MHz。
ne n0 0kE2
非寻常光折射率
寻常光折射率
大多数情况下，ne-n0＞0
光纤传感器基本原理
5.6.2 克尔效应
不加外电场，无光通过，克尔盒关闭；加外电场，有光通过，
克尔盒开启。
光程差：
ne
n0
l
k
0
U d
2
l
N1、N2相互垂直，与 电场分别成±45°。
相位差：
2
kl
U d
2

新型光调制器综述


要： 文章介绍 了 目前较 先进的光调制 器件 ， 并对各 个光调制器件 的基本原理、 最简单模型、 最简单
数 学原理 、 优缺点（ 特别是 能否适应于规模化 集成等） 、 发展现状 （ 包括一部 分发展 史、 现阶段状 况和是否 已经应用于工业实际） 等进行 了综合分析与比较 ， 为学者或者工程人 员们选择光调制器件提供参考。
（ Ｈ ｅ Ｆ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ Ａｎ ｈ ｕ ｉ ２ ３ ０ ０ １ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｒ ｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｍａ ｄ ｅ ａ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ
ｄ ｉ Ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ
引
目
收率 、 振 幅 或相 位 的器 件 ， 它所依 据 的 基本 理 论 是各
种 不 同 形 式 的 电光 效 应 、 声 光 效 应 、磁 光 效 应 、
光 纤通 信 是一 种 有 线通 信 ，光波 沿 光导 纤 维传 输 。光 源可 以是激 光器 （ 又称 半导体 激光 二极 管 ） ， 也

第五章 电光调制器




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 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。 性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低 电光调制器的主要参数有：半波电压、特性阻抗、调制带宽、
改变而改变。光波作为信息的载波。

的偏置电压。

调制深度（调制效率）、透过率、消光比、插入损耗、品质因数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光开关
13
电光调制

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。



纵向电光调制：电场方向与光的传播方向平行。
横向电光调制：电场方向与光的传播方向垂直。
电光调制
由于纵向调制电光器件需要透明电极，器件工艺复杂、 加工成本大，因此常用的电光器件大多采用横向调制设计。
横向电光调制器

由此可知， x 轴与 z 轴的综合电光效应使光波通过 晶体后的相位差包括两项：

第一是与外加电场无关的晶体本身的自然双折射引起的相
位延迟，这对调制器的工作没有贡献，而且会因温度变化引
起折射率的变化而导致相位差漂移，进而使调制光发生畸变， 甚至使调制器不能正常工作，应设法消除或补偿双折射现象；

横向电光调制器

优点： 半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛。

缺点：
存在自然双折射引起的相位延迟，这意味着在没有外加电场 时，通过晶体的线偏振光的两偏振分量之间就有相位差存在，
当晶体因温度变化而引起折射率的变化时，两光波的相位差发

关于Eugne Hecht 的第四版《Optics》

关于Eugene Hecht 的第四版《Optics》张立彬（教育部南开大学外国教材中心副教授）张功（南开大学泰达应用物理学院）Eugene Hecht所编《Optics》是几十年来美国高校最流行的光学教材之一，至今仍被世界各国广泛使用和广为称道，在1974-2006年间，该书被译成6种语言，被世界各国发行57个版本，并被全世界1497个图书馆收录.该书1974年发行第一版，至今已出至第四版.我国首次中译本出版于1979年，由秦克诚、詹达三、林福成等译.它除了传统内容之外，还反映了现代光学的基本内容，全书基本覆盖了我国光学课程的主要教学内容，课程体系也和我国的光学教学相接近.按“光学”课程的教学要求，张存林对其进行了针对性的改编，使该书在保持原来特色的基础上具有很强的教学适用性，张存林的改编版发行于2005年.原版第四版由世界著名出版商Addison-Wesley 于2002年出版发行，ISBN号为0-321-18878-0，全书共13章，698页.一、作者简介Eugene Hecht 是位于美国纽约的Adelphi 大学物理系最受欢迎的教授，主要教授大学物理和光学课程.Eugene Hecht对于物理与数学、物理与艺术之间的关系造诣极深，著作颇丰.自1967年以来，他共写了97部作品，这些著作被译成10种语言，全世界7870个图书馆藏有他的著作，其中最经典的便是他编写的这本光学教材.除此之外，他还编著了《Schaum's outline of theory and problems of college physics》，《Schaum's outline of theory and problems of optics》，《Physics : calculus》，《Physics in perspective》，《Physics : algebra，Physics》等经典教材.为此，Eugene Hecht 在1989年度获得了美国艺术图书奖.二、教材的总体架构与内容简介Eugene Hecht 第四版《Optics》主要内容分为四部分：第一部分（1-4章）主要介绍了光学基础知识，为后面的内容提供一些预备知识；第二部分（5-6章）介绍了几何光学的内容；第三部分（7-12章）是物理光学的内容；第四部分（13章）是现代光学的内容.每章最后都有一定量的习题，用于读者练习，全书的最后还附有部分习题的详细解答.书的最后除了参考文献之外，还列出了名词索引，便于读者快速查阅.附录1为电磁理论，包括麦克斯韦方程的微分形式及其推导过程，和电磁波动方程及其推导过程；附录二为基尔霍夫衍射理论.第一部分介绍了光学的基础知识，作者首先在第一章回顾了光学的历史，从公元前1200年古埃及讲起，直到20世纪的光学，其中提到了毕达哥拉斯、德谟克利特、柏拉图、亚里士多德、阿尔哈曾、开普勒、伽利略、笛卡尔、费马、牛顿、惠更斯、菲涅尔、麦克斯韦和爱因斯坦等人对光学的研究和贡献. 第二章介绍了波动的知识，包括简谐波、叠加原理、复数表示、平面波、球面波和柱面波，以及三维波动微分方程.第三章主要介绍了电磁理论、光子和光的基础知识，包括电磁理论的基本定律（法拉第感应定律、安培环路定理、高斯定理、麦克斯韦方程等）、电磁波、辐射和量子理论基础，其中还介绍了经典理论和量子理论对光的描述以及对比，和光的传播等.第四章介绍了光的传播，包括散射、反射、折射以及对他们的处理方法，还有光与物质相互作用的一些日常现象.第二部分在第五章主要介绍了几何光学的内容，包括透镜、棱镜、光阑、光学系统、光纤光学、波前重塑等，详细叙述了光在这些元件和系统中的传播规律和处理方法，最后介绍了引力透镜效应.第六章是几何光学的深入拓展，介绍了厚透镜和透镜组、解析法光线描迹、像差、GRIN（梯度折射率）系统 .第三部分是所有光学教材的重点内容—物理光学.为了更好地学习干涉、衍射和偏振，作者首先在第七章独立介绍了光的叠加规律，包括同频率和不同频率光波的叠加、非简谐周期波和非周期波的傅里叶处理方法.第八章论述偏振，内容非常全面，包括偏振光的性质、起偏器、二向色性、双折射、散射和偏振、反射引起偏振、延迟器、圆起偏器、多色光的偏振、旋光性、感生光学效应—光调制器、液晶、偏振的数学描述.第九章论述干涉，先介绍干涉条件，再分别论述分波前干涉仪与分振幅干涉仪，再讨论干涉条纹的类型与位置，最后论及多光束干涉.在干涉的应用方面，介绍了单层膜和多层膜的应用、干涉量度学的应用.第十章论述衍射，分别讨论了夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，基尔霍夫标量衍射理论，最后还介绍了边界衍射波的内容.第十一章讨论了傅里叶变换及其在光学中的应用，即傅里叶光学.第十二章介绍了相干理论，包括可见度、互相干函数和相干度的问题.第四部分是第十三章，主要介绍了现代光学的内容，包括激光、光信息、全息术和非线性光学.此内容可使读者了解现代光学的发展，开拓读者的光学视野.三、该书特色3.1 内容全面、丰富,编排合理Eugene Hecht 第四版《Optics》的内容极为丰富，他不仅包括所有光学教材共有的几何光学和物理光学传统内容，还在本书前几章介绍了光学的基础预备知识，如光学简史、波动和电磁理论，这为读者学习后面的光学主题知识打下了基础.这是非常重要的，因为许多读者之前并没有掌握波动和电磁理论，这会导致后面的干涉、衍射、偏振和傅里叶光学的学习会很吃力，所以先引入波动和电磁理论是非常必要的.在进入干涉衍射偏振之前，单独列出一章（第七章）介绍叠加原理，所以该书这样安排也是很合理的.另外，对于光学的部分—几何光学和物理光学，该书每一章节的知识都非常细致和丰富，几乎比国内任何一本光学教材内容都丰富.最后，该书除了传统内容之外，还反映了现代光学的基本内容.如第三章光学冷却，第五章光纤光学、波前重塑、引力透镜效应，第六章梯度折射率系统，第七章超光速与亚光速，第八章延迟器、光调制器和液晶，第九章单层膜和多层膜的应用、雷达干涉仪，第十章零阶贝塞尔光束和第十三章.3.2语言生动、讲解清楚、图片丰富全书图片非常丰富，而且清晰、美观与准确，使读者非常容易理解，表格也直观简练.新版更是重画了100多张图片并添加了许多新的图片.书中大量的公式推导思路清晰、简单明确，没有过于高深的数学推导，参数运用恰当，使学生主要关注了光学的物理意义，而非舍本逐末.3.3 本书的几个思想在几乎光学的各个方面，突出原子散射的中心角色；尽早地使读者从傅里叶理论的角度深刻理解光学；从书的一开始就明确了光的量子本质.四、该书的社会反映和适用对象十年来，该书一直在众多的光学教材中处于领导地位，它以一种活泼的易于理解的方式论述，它以其精确、权威、全面的视野和出色的配图而著称.第四版更新了一些图例、图片，并补充了光学领域的最新进展。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
2
式中，x，y，z 为介质的主轴方向，也就 是说在晶体内沿着这些方向的电位移 D和 电场强度 E是互相平行的； nx ， ny ， nz 为 折射率椭球的主折射率。
20
当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生“变形”， 椭球方程变为如下形式：
1 x 2 1 y 2 1 z 2 2 1 yz 2 2 2 2 n 1 n 2 n 3 n 4 1 xz 2 1 xy 1 2 2 2 n 5 n 6
磷酸二氢钾 (KDP), 磷酸二氘钾 (DKDP) 由于其拥有优越的紫外透过,高损伤阈 值 , 双折射系数高等特性 , 被广泛地应 用在多种工业用途(其非线性系数偏低 )。这两种晶体通常被用于做Nd:YAG激 光器的二、三、四倍频器件（室温条 件下）。另外，它们也具有电光系数 高的特点，故也被用于制作Q开关等。
4
比如，注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的 泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制 ( 也称直接调 制 ) 。还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元 件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振 腔的参数，从而改变激光器输出特性，（如，调Q技术）
5
外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放 置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激 光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。 外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量 级），调制带宽要宽得多，故倍受重视。 按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁 光调制、和直接调制（电源调制） 激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相 及强度调制等。
17
2、电光调制 电光调制的物理基础是电光效应，即某些晶体或液体 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。 可做成光调制器件、光偏转器件和电光滤波器件。
1）电光调制的物理基础
光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约， 而折射率的分布又与其介电常量（电容率）密切相关。晶体 折射率可用施加电场E的幂级数表示，即
( 1 ) 1 n2 )2 ( 1 2 n ( 1 ) 3 n2 )4 ( 1 2 n ( 1 ) 5 n2 ) ( 1 2 6 n 11 21 31 41 51 61
n n0 E bE
2
或写成
18
n n n0 E bE
2
n n0 E bE
2
式中， γE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线 性电光效应或泡克耳斯 (Pockels) 效应；由二次项 bE2 引 起的折射率变化，称为二次电光效应或克尔（ Kerr ）效 应。对于大多数电光晶体材料，一次效应要比二次效应显 著，可略去二次项，故在本章只讨论线性电光效应，主要 为如下几点： A.电致折射率变化 B.电光相位延迟 C.光偏振态的变化
2 2 c 2
11
于是，强度调制的光强表达式可写为 :
Ac2 I (t ) 1 k p a(t ) cos2 ( c t c ) 2

k p 为比例系数。设调制信号是单频余弦波 式中，
a(t ) Am cos( mt )
将其代入上式, 并令 k p Am mp (称为强度调制系数)
其中 m f 称为调频系数，kf 称为比例系数。 m m
k f Am
则调制波的表达式为：e(t ) Ac cos(ct mf sin mt c )
9
同样，相位调制就是相位角不再是常数，而是随调制信 号的变化规律而变化，调相波的总相角为：
(t ) c t c k a(t ) c t c k Am cos mt
2，3。上式可以用张量的矩阵形式表式为：
12 22 32 42 52 62 13 23 Ex 33 E 43 y E 53 z 63
22
Ex , E y , Ez 是电场沿 x, y, z 方向的分量。具有 ij 元素 式中， 的 6 3 矩阵称为电光张量，每个元素的值由具体的晶体 决定，它是表征感应极化强弱的量。下面以常用的KDP晶 体为例进行分析。
而且， 41 52 因此，这一类晶体独立的电光系数只有 41和 63
两个，可得：
24
1 1 2 0, 2 41Ex n 1 n 4 1 1 2 41E y 2 0, n 5 n 3
19
A.电致折射率变化
对电光效应的分析和描述有两种方法：一种是电磁 理论方法，但数学推导相当繁复；另一种是用几何图形 ───折射率椭球体(又称光率体)的方法，这种方法直观、 方便，故通常都采用这种方法。 在晶体未加外电场时，主轴坐标系 中，折射率椭球由如下方程描述：
x y z2 1 2 2 2 nx ny nz
由上式可看出 , 外加电场导致折射率椭球方程中“交叉” 项的出现, 说明加电场后, 椭球的主轴不再与 x, y, z 轴平行, 因此, 必须找出一个新的坐标系, 使上式在该坐标系中主轴 化, 这样才可能确定电场对光传播的影响。为了简单起见, 将外加电场的方向平行于轴 z ， 即 Ez E, E E 0 , 于是：
6
1）振幅调制 振幅调制就是使载波的振幅随着调制信号的规律而变 化的振荡，简称调幅。 设激光载波的电场强度为： ec (t ) Ac cos(ct c ) 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：
a(t ) Am cos mt
其中 Am 和 ω m 分别是调制信号的振幅和角频率，当进 行激光振幅调制之后，激光振幅 Ac 不再是常量，而是与 调制信号成正比。 其调幅波的表达式为： e(t ) Ac 1 ma cos mt cos( c t c )
Ac2 I (t ) 1 m p cos m t cos2 ( c t c ) 2

12
I (t )
调制信号 载波
强度调制
t
13
4）脉冲调制 以上几种调制形式所得到的调制波都是一种连续 振荡的波, 称为模拟式调制。另外, 在目前的光通信中 还广泛采用一种在不连续状态下进行调制的脉冲调制 和数字式调制(也称为脉冲编码调制)。它们一般是先进
10

3）强度调制 强度调制是光载波的强度(光强)随调制信号规律而 变化的激光振荡。 激光调制通常多采用强度调制形式，这是因为接收 器(探测器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化 的缘故。
激光的光强度定义为光波电场的平方，其表达式为
(光波电场强度有效值的平方):
I (t ) e (t ) A cos (ct c )
则调相波的表达式为： e(t ) Ac cos(c t m cos mt c )
m k Am 称为调相系数。 式中，
调频和调相波的频谱。由于调频和调相实质上最终都 是调制总相角，因此可写成统一的形式
e(t ) Ac cos c t m sin mt c
1 2 0, n 2 1 2 63 Ez n 6
由此得到晶体加外电场 E 后的新折射率椭球方程式:
x2 y 2 z 2 2 2 2 41 yzEx 2 41 xzEy 2 63 xyEz 1 2 n0 n0 ne
25
由于外电场的作用，折射率椭球各系数 1 n 2 线性变化，其变化量可定义为

随之发生
1 2 ij E j n i j 1
21
3
1 2 ij E j n i j 1系数；i取值1，…，6；j取值1，
23
KDP（KH2PO4）类晶体属于四方晶系, 42m点群, 是负 单轴晶体, 因此有 nx n y n0 , nz ne , 且n0 ne , 这类晶体 的电光张量为: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ij 0 41 0 0 52 0 0 63 0
行电调制（模拟脉冲调制或数字脉冲调制）, 再对光载
波进行光强度调制。
周期脉冲序列载波
14
脉冲调制是用一种间歇的周期性脉冲序列作为载波， 这种载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。即 先用模拟调制信号对一电脉冲序列的某参量(幅度、宽度、 频率、位置等)进行电调制，使之按调制信号规律变化, 成 为已调脉冲序列 , 然后再用这已调电脉冲序列对光载波进 行强度调制, 就可以得到相应变化的光脉冲序列。
第5章 光调制器
0
本章内容： 1、光调制器的基本原理 （电光、声光、磁光、直接调制） 2、KDP光调制器 3、LiNbO3光调制器 4、半导体光调制器
1
1、调制的基本概念
激光是一种频率更高（1013~1015 Hz)的电磁波，它 具有很好相干性，因而象以往电磁波（收音机、电视 等）一样可以用来作为传递信息的载波。 由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、 符号等)通过一定的传输通道(大气、光纤等)送到接收 器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。 这种将信息加载于激光的过程称之为调制
x(t )
t
2
完成这一过程的装置称为调制器。其中激光称为载 波；起控制作用的低频信息称为调制信号。
解调：调制的反过程，即把调制信号还原成原来的 信息。
x(t )
t
3
c t c ) 激光光波的电场强度是：ec (t ) Ac cos(
其中 Ac 振幅 c 角频率 c 相位角 因激光具有振幅、频率、相位、强度等参量，如使其 中某一参量按调制信号的规律变化，则激光受到信号 的调制，达到运载信息的目的。 调制的分类： 根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制。 内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的， 即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输 出特性以实现调制。