光调制器普克尔盒（EOM）的高频调制原理
实现高频电光调制，考虑使用横向普克尔效应（EOM、普克尔斯盒、Pockels cells，Conoptics pockels cell EOM），美国Conoptics 公司（上海昊量光电国内代理）生产的横向普克尔效应的半波电压随着晶体的长度增大而减小，
所以可以把美国Conoptics 公司（上海昊量光电国内代理）普克尔盒（低压普
克尔盒、EOM、普克尔斯盒、Pockels cells，Conoptics pockels cell EOM）半波电压降低到一百伏左右，配套使用美国Conoptics 公司（上海昊量光电国内代
理）生产的高频放大电源，构成低压高频电光调制器。
原理介绍：
在电光调制中（EOM），由普克尔效应制作的普克尔盒（Pockels cells）
是常用的电光调制（EOM）常用器件。
普克尔效应，又叫普克尔斯效应，波克尔斯效应，泡克耳斯效应，泡克
尔斯效应（pockels effect，pockels effect），指的是特定晶体折射率与外加电场强度成一定比例关系的光电现象。
通过对外加电场的控制，从而改变一定方向的折射率，使得电光调制器
普克尔盒（EOM、普克尔斯盒、Pockels cells，Conoptics pockels cell EOM）可以作为一个可变半波片工作，从而实现偏振态改变。当该电光调制器普克尔盒（EOM、普克尔斯盒、Pockels cells）置于两片垂直偏振片之间时，就可以实现
光强调制。
根据电压加压方向不同，普克尔效应又可分为纵向普克尔效应和横向普
克尔效应。
当电压加压方向平行与光传播方向时，称为纵向普克尔效应（（EOM、
普克尔斯盒、Pockels cells，Conoptics pockels cell EOM））；
DOI 10.1007/s11141-015-9547-8 Radiophysics and Quantum Electronics,Vol.57,Nos.8–9,January,2015 (Russian Original Vol.57,Nos.8–9,August–September,2014) APPLICATION OF THE PHASE LIGHT MODULATOR IN THE IMAGE OPTICAL ENCRYPTION SCHEME WITH SPATIALLY INCOHERENT ILLUMINATION A.P.Bondareva,N.N.Evtikhiev,V.V.Krasnov,? and S.N.Starikov UDC004.932.4+004.942 +535.42+535.8 We describe application of the phase liquid-crystal spatial light modulator HoloEyePLUTOVIS as an encoding element in the image optical encryption scheme with spatially incoherent illumi- nation.Optical encryption and numerical decryption of test images were conducted.The results of experiments demonstrate the e?ciency of the constructed optical encryption scheme. 1.INTRODUCTION Currently,we are witnessing the existence and intense development of the optical encryption meth-ods characterized by a high speed,simultaneous multichannel processing,and the absence of concomitant radiation in the radio-frequency band.Encryption systems in spatially coherent monochromatic light are widespread.One of the best-known systems uses the double random-phase encryption[1–5].In this case, encryption is performed in monochromatic spatially coherent light using two random phase masks.Appli-cation of random phase masks as two-dimensional encoding keys leads to the fact that such systems have a high cryptographic strength.However,because of the need to record phase,such systems require holo-graphic methods of recording and,correspondingly,complex optical schemes.Moreover,the use of random phase masks leads to a poor-quality encryption of images. To simplify the encryption schemes and improve the decryption quality,one can pass from spatially coherent to spatially incoherent radiation.In this case,recording of the encrypted image is no longer required and the holographic recording scheme becomes unnecessary.The encryption is performed by transmission of monochromatic spatially incoherent radiation from the encrypted object through a di?ractive optical element,resulting in the formation of an intensity distribution described by the object image convolution with a point spread function,namely,an impulse response of the di?ractive optical element in intensity[6, 7].This intensity distribution is the encrypted image recorded by a matrix photosensor. The fundamental possibility of optical encryption in incoherent light was demonstrated in[8],but using a random phase mask as the encoding di?ractive optical element precluded the achievement of an acceptable decryption quality.This is because the point spread function of a random phase mask is virtually unlimited in space and signi?cantly exceeds the size of the encrypted image.As a result,the photosensor records only the central part of the encrypted image,which leads to distortions of the decrypted image.To solve this problem,we suggest that the encoding element is not used as a random phase mask,but as a di?ractive optical element having a given spatially limited point spread function,with length smaller than the size of the encrypted image. ?vitally.krasnov@mail.ru National Nuclear Research University(NNRU),Moscow,Russia.Translated from Izvestiya Vysshikh Ucheb-nykh Zavedenii,Radio?zika,Vol.57,No.8–9,pp.693–701,August–September2014.Original article submitted November11,2013;accepted March31,2014. 0033-8443/15/5708-0619c 2015Springer Science+Business Media New York619
实验报告 课程名称： 2011-2012光信息综合实验 指导老师： 成绩：___ ____ 实验名称： 液晶光阀用于光学图像实时处理 实验类型：综合型 同组学生姓名： 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤 四、实验结果记录、数据处理分析 五、思考题 六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和 建议 一、实验目的和要求 1、了解液晶光阀的工作原理和使用方法； 2、掌握采用液晶光阀实现非相干光——相干光图像转换和图像反转的工作原理和方法； 3、掌握应用液晶光阀进行光学图像实时相减和实时微分的方法，加深对光学图像实时处理的理解。 二、实验内容和原理 1. 液晶特性 (1) 液晶是一种有机高分子化合物，既有晶体的取向特性，又有液体的流动性。 (2) 当液晶分子有序排列时表现出光学各项异性：光矢量沿分子长轴方向时具有较大的非常光折射率ne ；而垂直分子长轴方向位寻常光折射率no(针对p 型液晶材料）。 (3) 晶轴方向即为分子长轴方向。在组成液晶盒的两玻璃间加一电压，其中的液晶分子在电场作用下会沿着电场方向排列，即光轴方向沿电场方向偏转。电场控制了双折射效应的变化。 (4) 液晶光阀正是利用此特点而制成的器件。 2. 液晶光阀结构示意 1--玻璃基片 2--透明电极 3--光导层 4--挡光层 5--介质反射膜 6--定向层 7--液晶层 8--衬垫 E--低压音频电源 K--开关 3. 液晶光阀工作原理 (1) 如液晶光阀结构图所示，工作时将待处理的非相干图像从右侧成像在光电导层上，把它作为写入光。读出光束从左侧入射，经起偏器使其偏振方向与液晶左侧分子指向方向一致。经透明电极、液晶盒之后，在右侧的介质反射膜处返回，再次穿过液晶层经偏振分光镜后，通过一个透光轴方向与起偏器偏振方向垂直的检偏器，成为输出光束。 (2) 由于光阻挡层和反射膜都很薄，交流阻抗很小，因而加在两透明电极之间的外电压主要落在液晶层和光电导层上。控制液晶电光效应的实际电压值就由光电导层与液晶层的实际阻抗之比来决定，即取决于光电导层上的光照情况。 E 1 8 1 5 4 6 7 6 2 3 K 2 写入光 读出光 偏振分光镜 输出光 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点： 玉泉教三209-211
4. 声光扫描 声光扫描器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于调制器是改变衍射光的强度，而扫描器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向。 ⑴声光扫描原理 从前面的声光布拉格衍射理论分析可知，光束以θi 角入射产生衍射极值应满足布喇格条件：s B n λλθ2sin =，B d i θθθ==。布喇格角一般很小，可写为 s s s B f v n 22λλλθ=≈ (3.6-5) 故衍射光与入射光间的夹角（偏转角）等于布拉格角θB 的2倍，即 s s B d i f nv λ θθθθ==+=2 (3.6-6) 可以看出：改变超声波的频率f s ，就可以改变其偏转角θ，从而达到控制光束传播方向的目的。超声频率改变?f s 引起光束偏转角的变化为 s s f nv ?=?λ θ (3.6-7) 这可用图1及声光波矢关系予以说明。 ⑵声光扫描器的主要性能参量 声光扫描器的主要性能参量有三个: 可分辨点数，它决定描器的容量。 偏转时间τ，其倒数决定扫描器的速度。 衍射效率ηs ，它决定偏转器的效率。 衍射效率前面已经讨论过。下面主要讨论可分辨点数、扫描速度和工作带宽的衍射光 声频为f s 的衍射光 k s s 图1 声光描器原理图
问题。 可分辨点数N 定义为偏转角?θ和入射光束本身发散角?φ之比，即 )(w R N λφ?φ?θ ?== (3.6-8) 式中w 为入射光束的宽度；R 为常数，其值决定于所用光束的性质（均匀光束或高斯光束）和可分辨判据（瑞利判据或可分辨判据）。 上式可以写成 s f R N ?=11τ (3.6-10) τ 1N 称为声光扫描器的容量-速度积，它表征单位时间内光束可以指向的可分辨位置的数目。 声光扫描器带宽受两种因素的限制，即受换能器带宽和布喇格带宽的限制。因为声频改变时，相应的布喇格角也要改变，其变化量为 s s B f nv ?=?2λ θ (3.6-11) 因此要求声束和光束具有匹配的发散角。声光扫描器一般采用准直的平行光束，其发散角很小，所以要求声波的发散角B δθδφ≥。 L n f f s s s λλ2 2≤? (3.6-12) 有效波面 图2 列阵换能器 (a) (b)
空间光调制器参数测量与创新应用实验 实验讲义 大恒新纪元科技股份有限公司 所有不得翻印
前言 空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算等系统中构造单元或关键的器件。空间光调制器是实时光学信息处理，自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件，很大程度上，空间光调制器的性能决定了这些领域的实用价值和发展前景。 空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射式和透射式；而按照输入控制信号的方式不同又可分为光寻址(OA-SLM)和电寻址(EA-SLM) 。最常见的空间光调制器是液晶空间光调制器，应用光－光直接转换，效率高、能耗低、速度快、质量好。可广泛应用到光计算、模式识别、信息处理、显示等领域，具有广阔的应用前景。 本实验是传统光信息处理实验与计算机等先进技术手段相结合的现代光学实验，旨在让学生了解空间光调制器的广泛应用和科研价值。本实验注重学生对光信息处理中关键器件的理解，同时利用SLM解决实际科研与产业应用问题的能力，实验直观且有很强的指导性，可作为相关专业学生的研究型实验。
实验一SLM 液晶取向测量实验 一、 实验目的 1. 了解空间光调制器的基础知识。 2. 理解空间光调制器的透光原理。 3. 测量空间光调制器的前后表面液晶分子取向，计算液晶扭曲角。 二、 实验原理 根据液晶分子的空间排列不同，可将液晶分为向列型、近晶型、胆甾型3类。其中扭曲向列液晶 (Twisted Nematic Liquld Crystal ，TNLC)是液晶屏的主要材料之一，它是一种各向异性的媒质，可以看作是同轴晶体，它的光轴与液晶分子的长轴平行。TNLC 分子自然状态下扭曲排列，在电场作用下会沿电场方向倾斜，过程中对空间光的强度和相位都会产生调制。 想定量分析液晶屏对光的调制特性，需要将调制过程用数学方法来模拟，液晶盒里的扭曲向列液晶可沿光的透过方向分层，每一层可看作是单轴晶体，它的光学轴与液晶分子的取向平行。由于分子的扭曲结构，分子在各层间按螺旋方式逐渐旋转，各层单轴晶体的光学轴沿光的传输方向也螺旋式旋转。如图1.1所示。 图1.1 TNLC 分层模型 在空间光调制器液晶屏的使用中，光线依次通过起偏器P 1、液晶分子、检偏器P 2，如图1.2所示。光路中要求偏振片和液晶屏表面都在x-y 平面上，图中已经分别标出了液晶屏前后表面分子的取向，两者相差90°。偏振片角度的定义是，逆着光的方向看，1φ为液晶屏前表面分子的方向顺时针到P l 偏振方向的角度，2φ为液晶屏后表面分子的方向逆时针到P 2偏振方向的角度。偏振光沿z 轴传输，各层分子可以看作具有相同性质的单轴晶体，它的Jones 矩阵表达式与液晶分子的寻常折射率n o 和非常折射率n e ，以及液晶盒的厚度d 和扭曲角α有关。除此之外，Jones 矩阵还与两个偏振片的转角1φ，2φ有关。因此光波强度和相位的信息可简单表示为()12,,T T βφφ=；()12,,δδβφφ=，其中 ()e o d n n βπθλ=-????又称为双折射，它其实为隐含电场的量，因为β为非常折射率e n 的 函数，非常折射率e n 随液晶分子的倾角θ改变，θ又随外加电压而变化。
声光调制器原理和技术 （信息科学与工程学院江苏·南京） 3.1 声光调制器简介 声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。根据它的用途特点可分为：脉冲声光调制器、线性声光调制器、正弦声光调制器、红外声光调制器等。 3.2 声光调制器的工作原理 声光调制器由声光介质和压电换能器构成。当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质,在介质内形成折射率声变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，如图1所示。 入射光 衍射光 调制信号 图1 布拉格衍射原理图 衍射模式有布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射。激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角为： sinθd≈θd=（λ0/υ）f1 一级光衍射效率η为： η1=I1/IT=sin2（Δψ/2） Δψ=（π/λ0）√2LM2Pa/H 式中λ0为光波长；V为声光介质中的声速；I1为一级光衍射强度；L为声光互作用长度；H为声光互作用宽（高）度；M2为声光品质因数；Pa为声功率。 当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制；当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。
t P s I d (f m ) f m (I s ) 图2 衍射光随调制信号的变化 3.3 声光调制器主要的参量 3.3.1 光波长: 用于声光互作用的有效波长； 3.3.2 光波长范围: 满足声光性能参数规约的光波长宽度； 3.3.3 工作频率: 声光器件工作的声载波频率； 3.3.4 衍射效率: 级光强（或衍射光强）与透过声光介质总光强的百分比值 3.3.5 脉冲重复率： 脉冲信号包络的时间周期的倒数； 3.3.6 光脉冲上升时间： 脉冲信号前沿从 10%上升到 90%稳定值的时间； 3.3.7 动态调制度： 信号包络的最大值 Imax 和最小值 Imin ，按公式 Imax-Imin/Imax+Imin 计算的数值； 3.3.8 调制带宽： 以低频信号的最大调制度为基值，改变调制信号直到调制度下降 3dB 所对应的频率宽度； 3.3.9 线性度： 一级衍射光强与控制电压改变的关系曲线的线性状况； 3.3.10 电压可调范围： 满足线性度指标的控制电压范围； 3.3.11 线性光强等级： 衍射光强度随控制电压改变所能达到可分辨的光强变化等级，亦 可称之为灰度等级； 3.3.12 消光比：一级光衍射光方向上器件处于“开”状态的最佳衍射光强与“关”状态下 的杂散光强之比值； 3.3.13 光学透过率：声光介质插入光路中的透过光强与自由光路的光强之百分比值； 3.3.14 移频带宽： 以中心频率处衍射光强的最大值为基准，衍射光强随声载波频率改变 而下降至 3dB 所对应的带宽。 3.4 常用的声光调制器 3.4.1 自由空间声光调制器 标准的自由空间声光调制器用于对激光束的数字或模拟的强度调制。主要技术参数如下： 波长范围：240nm 到 2100nm 驱动频率：20MHz 到 350MHz 光学上升时间：5ns 调制带宽：宽达100MHz 工作介质：二氧化碲、钼酸铅、熔融石英、石英晶体、燧石玻璃 使用数字RF 驱动器，外控TTL 信号可以快速开关激光束；使用模拟RF 驱动器，可以调节输出激光功率和输入激光功率的比率，典型调节范围为0%到85%。 最大调制带宽或光学上升时间是超声波穿越激光束时间的函数。因此，为了获得最快的速度，一般将激光束聚焦
. 实验报告 课程名称： 2011-2012光信息综合实验 指导老师： 成绩：___ ____ 实验名称： 液晶光阀用于光学图像实时处理 实验类型：综合型 同组学生姓名： 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤 四、实验结果记录、数据处理分析 五、思考题 六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和建议 一、实验目的和要求 1、了解液晶光阀的工作原理和使用方法； 2、掌握采用液晶光阀实现非相干光——相干光图像转换和图像反转的工作原理和方法； 3、掌握应用液晶光阀进行光学图像实时相减和实时微分的方法，加深对光学图像实时处理的理解。 二、实验内容和原理 1. 液晶特性 (1) 液晶是一种有机高分子化合物，既有晶体的取向特性，又有液体的流动性。 (2) 当液晶分子有序排列时表现出光学各项异性：光矢量沿分子长轴方向时具有较大的非常光折射率ne ；而垂直分子长轴方向位寻常光折射率no(针对p 型液晶材料）。 (3) 晶轴方向即为分子长轴方向。在组成液晶盒的两玻璃间加一电压，其中的液晶分子在电场作用下会沿着电场方向排列，即光轴方向沿电场方向偏转。电场控制了双折射效应的变化。 (4) 液晶光阀正是利用此特点而制成的器件。 2. 液晶光阀结构示意 1--玻璃基片 2--透明电极 3--光导层 4--挡光层 5--介质反射膜 6--定向层 7--液晶层 8--衬垫 E--低压音频电源 K--开关 3. 液晶光阀工作原理 (1) 如液晶光阀结构图所示，工作时将待处理的非相干图像从右侧成像在光电导层上，把它作为写入光。读出光束从左侧入射，经起偏器使其偏振方向与液晶左侧分子指向方向一致。经透明电极、液晶盒之后，在右侧的介质反射膜处返回，再次穿过液晶层经偏振分光镜后，通过一个透光轴方向与起偏器偏振方向垂直的检偏器，成为输出光束。 (2) 由于光阻挡层和反射膜都很薄，交流阻抗很小，因而加在两透明电极之间的外电压主要落在液晶层和光电导层上。控制液晶电光效应的实际电压值就由光电导层与液晶层的实际阻抗之比来决定，即取决于光电导层上的光照情况。 (3) 对写入光图像上的暗区：光电导层上的光照很少，电阻很大，外电压主要分配在光电导层上，而液晶层上 E 1 8 1 5 4 6 7 6 2 3 K 2 写入光 读出光 偏振分光镜 输出光 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点： 玉泉教三209-211
学院：物理与电子工程学院专业：电子信息科学与技术年级：2010级 学号：20100516007 姓名：曾艳
光学调制器 目前，对电介质光学性质及其应用的研究是电介质各种性质及其应用的研究中最为活跃的领域之一。电介质的光学性质主要包括三个最基本的光学效应—电光效应、弹光效应和非线性光学效应。 一、电光调制器 1 电光效应 电光效应也叫电致双折射效应。外加电场引起电介质折射率改变的现象称为电光效应。外加电场可以使单折射物质（光学各向同性）变为双折射物质（光学各向异性），也可使本来就具有双折射的物质进一步改变其各向异性性质，这类现象都属于电光效应。电光效应有克尔效应和泡克尔斯效应。 （1）克尔效应 ▲ 不加电场→液体各向同性→P2 不透光； ▲ 加电场→液体呈单轴晶体性质，光轴平行电场强度E → P2 透光
——二次电光效应 k —克尔常数，U —电压 克尔效应引起的相位差为： △φk＝π时，克尔盒相当于半波片， P2 透光最强。 克尔盒的响应时间极短，每秒能够开关109 次。可用于高速摄影、光测距、光通讯等。 （2）泡克尔斯效应 光传播方向与电场平行，P1⊥P2，电极K 和K′透明，晶体是单轴晶体，光轴沿光传播方向。 泡克尔斯盒 ▲不加电场→ P2不透光。 ▲ 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方向附加了双折射效应→ P2透光。 克尔斯效应引起的相位差： ——线性电光效应
n o— o 光在晶体中的折射率；r —电光常数；U —电压。 时，P2透光最强。 应用：超高速开关（响应时间小于10-9s），显示技术，数据处理… 2 电光调制器的的原理 电光调制器是大容量光纤传输网络和高速光电信息处理系统中 的关键器件。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。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。 3 电光调制器的应用 电光调制器有很多用途。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。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。 二磁光调制器 1 磁光效应
空间光调制器怎么用_空间光调制器的功能及应用 空间光调制器它是一种对光波的空间分布进行调制的器件，具有能实时的在空间上调制光束的功能，使其成为构成实时光学信息处理，光计算等系统的关键器件。空间光调制器的原理空间光调制器含有许多独立单元，它们在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可以独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应（泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应、光折变效应等）改变自身的光学特性，从而对照明在其上的光波进行调制。 一般把这些独立的小单元称为空间光调制器的像素，把控制像素的信号称为写入光，把照明整个器件并被调制的输入光波称为读出光，经过空间光调制器后出射的光波称为输出光。形象的说，空间光调制器可以看作一块透射率或其它光学参数分布能够按照需要进行快速调节的透明片。显然，写入信号应该含有控制调制器各个像素的信息。把这些信息分别传送到相应像素位置上去的过程，称为寻址。 空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射型和透射型； 按照输入控制信号的方式不同又可分为光寻址（OA-SLM）和电寻址（EA-SLM）。 空间光调制器的基本功能，就是提供实时或准实时的一维或二维光学传感器件和运算器件。在光信息处理系统中，它是系统和外界信息交换的接口。 它可以作为系统的输入器件，也可在系统中用作变换或运算器件。作为输入器件时，其功能主要是将待处理的原始信息处理成系统所要求的输入形式。此时，空间光调制器作为输入传器，可以实现电-光转换、串行-并行转换、非相干光-相干光转换、波长转换等。 作为处理和运算器件时，可以实现光放大、矢量-矩阵或矩阵-矩阵间乘法、对比反转、波面形状控制等。除此还有模拟图像存储的功能。 空间光调制器是一种对光波的光场分布进行调制的元件，广泛地应用于成像投影、光束分束、激光束整形、相干波前调制、相位调制、光学镊子、全息投影、激光脉冲整形等诸多应用领域。
半导体光调制器的基本结构及原理 学院：电子信息学院 专业：光电子科学与技术 学号：1142052022 姓名：代中华 一引言 虽然半导体激光器可以直接进行调制产生光信号，但是在高速率调制状态下会产生严重的啁啾，将不利于长距离、大容量的干线光纤通信传输。如果让激光器只是静态直流工作，再外加光外调制器调制光信号，则可能减小频率啁啾，从而大大提高信号传输性能，以成为大容量长距离光线系统光源。在各种光调制器中，半导体光调制器既具有优良的光调制特性，又具有体积小、功率低的优点，从而得到了广泛采用。 半导体光调制器可分为强度调制器件和相位调制器件。在目前的光纤通信系统中，主要采用强度检测方式，所以强度调制型光调制器的研制占着绝大多数的比重。目前得到广泛采用的半导体强度调制器主要有两种：利用量子限制斯塔克效应(quantum-confined-Stark effect, QCSE)的电吸收(Electroabsorption, EA)调制器和Mach-Zehnder(M-Z)型光调制器。 二电吸收调制器 电吸收调制器是依靠材料在外电场中吸收率发生变化来工作的。调制器结构不同，产生电吸收的机理也不尽相同。按照调制器的结构，可以分为体材料、超晶格和多量子阱三类，其机理又可以分为三种：1. Franz-Keldysh 效应2. Wannier-Stark局域化效应3. 量子限制Stark 效应。下面分别介绍这三种效应。 1. Franz-Keldysh 效应 在体材料电吸收型调制器中，吸收层采用的是体材料(Butt Material)，依靠Franz-Keldysh效应实现调制。 在体材料中，光子吸收主要发生在价带电子被受激跃迁到导带的情况。外电场使能带倾斜，当外电场很强时，价带电子通过隧穿跃迁到导带的几率大大增加，有效能隙减小，使得吸收边发生红移，这种效应就是Franz-Keldysh 效应。 由于体材料电吸收调制器的有源层厚度在几百纳米量级，生长控制比较简单；有源层结构对光生载流子的限制较小，光生载流子的逸出相对于多量子阱调制器容易，因而在大功率下的调制特性上，体材料调制器有一些优势。另外，和直接调制方式相比，其频率啁啾也比较小。
空间光调制器 一．引言 人们已经认识到，光波作为信息的载体具有特别明显的优点。这是因为：（1）光波的频率高达1014Hz以上，比现有的信息载波（无线电波，微波）的频率要高出几个数量级，因此它有极大的带宽。（2）光波有并行性，这是因为光是独立传播的。原有的以串行输入/输出为基础的各种光调制器已经不能满足光互连，光学信息大容量和并行性的要求，能实时的或者快速的二维输入或者输出的传感器以及具有运算功能的二维期间便应运而生，这就是空间光调制器。 二．概述 1．空间光调制器的基本结构和分类 空间光调制器的基本结构特点在于，它由可以独立接收光学或者电学输入信号，并利用各种物理效应改变自身光学特性，从而实现对输入光波或变换的小单元（像素）组成。而我们把控制像素的光电信号称为：“写入光”，把照明整个器件并被调制的输入光波称为：“读出光”，经过空间调制器后出射的光波叫做“输出光”。 写入光或者写入电信号含有控制调制器各个像素的信息。而这些信息分别传送到相应像素上去的过程叫做“寻址”。 目前国际上报道的已经投入实际运用的光电调制器不下40余种，但对这些空间光调制器还没一个统一的分类的办法。目前比较常见的分类方法有：（1）按寻址方式和读出方式分（2）按用于调制的物理效应分（电光效应，磁光效应，声光效应等等）。 2．功能 一般来说，空间光调制器的主要功能有以下两大类： （1）输入器件—将待处理的信息转换成光学处理系统所要求的输入形式。 A．光--电转换和串行--并行转换 B．非相干光—相干光的转换 C．波长转换 （2）处理运算功能器件 A．放大器----增加光波的光强。 B．乘法器和算术运算功能----所谓的乘法器就是指输出光在空间光调制器的表面上的光强分布等于读出光信号和写入光信号的乘积。如果同时输入 两个相干光图象，空间光调制器还可以实现图象的相加或者相减。 C．对比度反转----在减法运算或者逻辑非运算中，需要将二维图象的对比度反转，就是把写入光的亮区在输出光中变成暗区，反之，写入光中的暗区 在输出光中变为亮区。 D．量化操作和阕值操作----所谓的量化操作就是把连续变化的模拟信号按大小分成若干个分立的等级值，转为数字信号。这就需要设定一个值，当 大于此值时，输出一个值，小于时输出另一个，这个设定的值就叫做阙值。 3．空间光调制器的基本性能参数 A 输入—输出特性曲线-----空间光调制器的透过率随写入信号变化的曲线。 B 灵敏度 C 对比度 公式：r=I max/I min D 灰阶数---透过率的另外一种表示方式
电光强度调制器的设计 一、电光强度调制 利用晶体的电光效应，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，可控制光在传播过程中的强度。 强度调制是使光载波的强度(光强)随调制信号规律变化的激光振荡，如图下图所示。光束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强变化。 1、电光强度调制装置示意图及原理 它由两块偏振方向垂直的偏正片及其间放置的一块单轴电光晶体组成，偏振片的通振方向分别与x,y轴平行。
根据晶体光学原理，在电光晶体上沿z 轴方向加电场后，由电光效应产生的感应双折射轴'x 和'y 分别与x,y 轴成45°角。设'x 为快轴，'y 为慢轴，若某时刻加在电光晶体上的电压为V ，入射到晶体的在x 方向上的线偏振激光电矢量振幅为E ，则分解到快轴'x 和慢轴'y 上的电矢量振幅为'x E ='y E =E/2。同时，沿'x 和'y 方向振动的两线偏振光之间产生如下式表示的相位差 V 6330 2γμλ δπ = 0μ-晶体在未加电场之前的折射率 63γ-单轴晶体的线性电光系数，又称泡克尔系数
从晶体中出射的两线偏振光在通过通振方向与y 轴平行的偏振片检偏，产生的光振幅如下图分别为y E x'、y E y'，则有y E x'=y E y'=E/2，其相互间的相位差为()πδ+。此二振动的合振幅为 () ()()δδπδcos 121 cos 21 41cos 22222''2 '2'2'-=-+= +++=E E E E E E E E E y y y x y y y x 因光强与振幅的平方成正比，所以通过检偏器的光强可以写成 令比例系数为1： 2 sin 2 sin 2 02 22'δ δ I E E I === 即 V I I λ γπμ63 302 0sin = 显然，当晶体所加电压V 是一个变化的信号电压时，通过检偏器的光强也随之变化。如下图I/0I -V 曲线的一部分及光强调制的工作情形。
光调制器原理及设计 姓名：张歆怡 学号：20111101209 班级：物理1102
一、光调制器的原理 光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们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、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark 效应、载流子色散效应等。其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用最为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中,光调制器被用于控制光的强度,其作用是非常重要的。光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括“去背景信号、去噪声、抗干扰”在内的形式变换，从而使之便于处理、传输和检测。根据将信息加载到光波上的位置，可将调制类型分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱动电源；另一类是直接对广播进行调制。前者主要用于光通讯，后者主要用于光传感。简称为：内调制和外调制。根据调制方式，调制类型又有：1强度调制；2相位调制；3偏振调制；4频率和波长调制。 1.1强度调制 光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。
1.2相位调制 利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。 光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。 由于光探测器一般都不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分：一是产生光波相位变化的物理机理；二是光的干涉。 1.3偏振调制 利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为 I=I0cos2α 其中：I0表示两偏振器主平面一致时所通过的光强；α表示两偏振器主平面间的夹角。 1.4频率和波长调制 利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。 二、光调制器的设计 根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力