第五章电光调制器.pptVIP

* 光开关 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。 电光调制又有调相和调幅之分。 电光调相：不改变输出光的偏振态，只改变其相位。 电光调幅：是借助于晶体的电光效应，使光束的偏振态从线偏振光变为椭圆偏振光，再通过检偏器转变为光的强度调制。 根据电光调制器器件结构的不同，可以分成体型电光调制器和波导传输型电光调制器。 电光调制的主要方式 直接调试： 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： 采用单一晶体、成本廉价、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、光脉冲前沿和后沿产生大的波长漂移；适用于短距离、低速率的传统系统。 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、增加了光线线路的损耗。 纵向电光调制器 电光晶体KDP置于两个正交的偏振器之间。 P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴，P2的偏振方向平行于y轴。 当沿晶体z轴方向加电场后，x和y轴旋转45°变为感应主轴x’和y’。 因此，沿z轴入射的光束经起偏器变为平行于x轴的线偏振光，进入晶体后被分解为沿x’和y’方向的两个分量，它们的振幅和相位都相等。 纵向电光强度调制（电光晶体KDP、通光方向与电场方向一致） 纵向电光调制器 调制器的透过率与外加电压呈非线性关系，若调制器工作在非线性电压部分，调制光将发生畸变。 为实现线性调制，可引入固定的π/2相位延迟，使调制器的电压偏置在T=50%的工作点上（B点） 。 纵向电光调制器 改变工作点的常用方法： 一是在调制晶体上除了施加信号电压之外，再附加一个半波电压，但此法增加了电路的复杂性，而且工作点的稳定性也差。 二是在调制器的光路上插入一个1/4波片，使其快慢轴与晶体主轴x成45度角，从而使 Ex’和Ey’二分量间产生π/2的固定相位差。为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)，那么输出的强调制波就是调制信号的线性复现。 纵向电光调制器 纵向电光调制器 优点： 具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。 缺点： 半波电压太高，特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。 横向电光调制器 横向电光调制器（通光方向与电场方向垂直） 若沿 z 轴方向加电场，晶体的主轴不会发生旋转，仍为 x，y，z 方向，此时的通光方向与 z 轴垂直，并沿 y 方向入射，若入射光偏振方向与 z 轴成 45°角，进入晶体分解为 x 和 z 方向振动的两个分量。 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； 第二项是外加场作用产生的相位延迟，它与外加电场和晶体的尺寸有关。可以采取组合调制器或者 1/2 波片补偿的办法。 横向电光调制器 T与V的关系是非线性的，若工作点选择不适合，会使输出信号发生畸变。但在 附近有一近似直线部分，这一直线部分称作线性工作区。 为了获得线性调制，可以通过引入一个固定的π/2相位延迟，使调制器的电压偏置在T=50%的工作点上。 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，两光波的相位差发生漂移。 在KDP晶体横向调制器中，自然双折射的影响会导致调制光发生畸变。甚至使调制器不能工作。所以，在实际应用中，除了尽量采取一些措施(如散热、恒温等)以减小晶体温度的漂移之外，主要是采用一种“组合调制器”的结构予以补偿。 相位调制 工作原理： 电光相位调制器由起偏器和电光晶体组成。 起偏器的偏振方向平行于晶体