電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效應(yīng),即某些晶體在外加電場(chǎng)的...

1、UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1 1 電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效應(yīng)，即某些晶體電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效應(yīng)，即某些晶體在外加電場(chǎng)的作用下，其折射率將發(fā)生變化，當(dāng)在外加電場(chǎng)的作用下，其折射率將發(fā)生變化，當(dāng)光波通過(guò)此介質(zhì)時(shí)，其傳輸特性就受到影響而改光波通過(guò)此介質(zhì)時(shí)，其傳輸特性就受到影響而改變，這種現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)。變，這種現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)。3.2 電光調(diào)制電光調(diào)制UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 2 2利用泡克耳斯效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制可以分為兩種情況。利用泡克耳斯效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制可以分為兩種情況。一、電光強(qiáng)度調(diào)制一

2、、電光強(qiáng)度調(diào)制 一種是施加在晶體上的電場(chǎng)在空間上基本是均勻的但一種是施加在晶體上的電場(chǎng)在空間上基本是均勻的但在時(shí)間上是變化的當(dāng)一束光通過(guò)晶體之后，可以使一個(gè)在時(shí)間上是變化的當(dāng)一束光通過(guò)晶體之后，可以使一個(gè)隨時(shí)間變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，由光波的強(qiáng)度或相位隨時(shí)間變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，由光波的強(qiáng)度或相位變化來(lái)體現(xiàn)要傳遞的信息，這種情況主要應(yīng)用于光通信、變化來(lái)體現(xiàn)要傳遞的信息，這種情況主要應(yīng)用于光通信、光開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域。光開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域。 另一種是施加在晶體上的電場(chǎng)在空間上有一定的分布，另一種是施加在晶體上的電場(chǎng)在空間上有一定的分布，形成電場(chǎng)圖像，即隨形成電場(chǎng)圖像，即隨x和和y坐標(biāo)變化的強(qiáng)度透過(guò)率或相位

3、分坐標(biāo)變化的強(qiáng)度透過(guò)率或相位分布，但在時(shí)間上不變或者緩慢變化，從而對(duì)通過(guò)的光波進(jìn)布，但在時(shí)間上不變或者緩慢變化，從而對(duì)通過(guò)的光波進(jìn)行調(diào)制。行調(diào)制。UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 3 31. 縱向電光調(diào)制縱向電光調(diào)制（通光方向與電場(chǎng)方向一致通光方向與電場(chǎng)方向一致） 電光晶體(KDP)置于兩個(gè)成正交的偏振器之間，其中起偏器P1的偏振方向平行于電光晶體的x軸，檢偏器P2的偏振方向平行于y軸，當(dāng)沿晶體z軸方向加電場(chǎng)后，它們將旋轉(zhuǎn)45o變?yōu)楦袘?yīng)主軸x,y。因此，沿z軸入射的光束經(jīng)起偏器變?yōu)槠叫杏趚軸的線偏振光，進(jìn)入晶體后(z=0)被分解為沿x和y方向的兩個(gè)分量

4、，兩個(gè)振幅(等于入射光振幅的1/ ）和相位都相等分別為：入射光入射光P1Iixyzx y P2Io調(diào)制光調(diào)制光VL起偏器起偏器 /4波片波片檢偏器檢偏器 縱向電光強(qiáng)度調(diào)制縱向電光強(qiáng)度調(diào)制UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 4 4或采用復(fù)數(shù)表示，或采用復(fù)數(shù)表示， 即即當(dāng)光通過(guò)長(zhǎng)度為當(dāng)光通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的晶體后，由于電光效應(yīng)，的晶體后，由于電光效應(yīng)，E x和和E y二分量間就產(chǎn)生了一個(gè)相位差二分量間就產(chǎn)生了一個(gè)相位差 ，則，則 (3.2-28)由于光強(qiáng)正比于電場(chǎng)的平方，因此，入射光強(qiáng)度為由于光強(qiáng)正比于電場(chǎng)的平方，因此，入射光強(qiáng)度為 tAEtAEcycxcos0c

5、os0 tiAEtiAEcycxexp0exp0 iALEALEyxexpUPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 5 5yYxX45o45o后一步考慮了后一步考慮了(3.2-19)式和式和(3. 2-20)式的關(guān)系。式的關(guān)系。(3.2-29)與之相應(yīng)的輸出光強(qiáng)為：與之相應(yīng)的輸出光強(qiáng)為： (3.2-30)將出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)相比將出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)相比(3.2-29)公式公式/ (3.2-28)公式公式得：得： ,2cosixixeex2cos12sinxx注意公式：注意公式：UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 6 6)

6、192 . 3( V2 E26330z6330nLnyxnn(3.2-30)式中的式中的T稱為調(diào)制器的透過(guò)率。根據(jù)上述關(guān)稱為調(diào)制器的透過(guò)率。根據(jù)上述關(guān)系可以畫出光強(qiáng)調(diào)制特性曲線。系可以畫出光強(qiáng)調(diào)制特性曲線。在一般情況下，調(diào)在一般情況下，調(diào)制器的輸出特性與外加電壓的關(guān)系是非線性的制器的輸出特性與外加電壓的關(guān)系是非線性的。)202.3(26330063302ncnV V和和V/2 是一回事。是一回事。UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 7 7若調(diào)制器工作在非線性部分若調(diào)制器工作在非線性部分,則調(diào)制光將發(fā)生畸變。為了獲得線則調(diào)制光將發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，

7、可以通過(guò)引入一個(gè)固定的性調(diào)制，可以通過(guò)引入一個(gè)固定的 /2相位延遲，使調(diào)制器的相位延遲，使調(diào)制器的電壓偏置在電壓偏置在T50的工作點(diǎn)上。常用的辦法有兩種：的工作點(diǎn)上。常用的辦法有兩種：電調(diào)制特性曲線電調(diào)制特性曲線50100透 過(guò)率(%)0透射光強(qiáng)時(shí)間電壓調(diào)制電壓VV/2UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 8 8 m = Vm/V （相當(dāng)于（相當(dāng)于3.2-30式中的式中的 ）是相應(yīng)于外加調(diào)制）是相應(yīng)于外加調(diào)制信號(hào)信號(hào)vm的相位延遲。其中的相位延遲。其中Vm sinmt 是外加調(diào)制信號(hào)電壓。是外加調(diào)制信號(hào)電壓。其一，除了施加信號(hào)電壓之外，再附加一個(gè)其一，除了

8、施加信號(hào)電壓之外，再附加一個(gè) V/4 的固定偏壓，的固定偏壓，但會(huì)增加電路的復(fù)雜性，且工作點(diǎn)的穩(wěn)定性也差。但會(huì)增加電路的復(fù)雜性，且工作點(diǎn)的穩(wěn)定性也差。其二，在光路上插入一個(gè)其二，在光路上插入一個(gè)14波片波片(3.2-5圖圖)其快慢軸與晶體其快慢軸與晶體主軸主軸x成成45o 角，使角，使E x和和E y二分量間產(chǎn)生二分量間產(chǎn)生 /2 的固定相位差。的固定相位差。(3.2-30)式中的總相位差式中的總相位差UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 9 9因此，調(diào)制的透過(guò)率可表示為因此，調(diào)制的透過(guò)率可表示為利用貝塞爾函數(shù)恒等式將上式利用貝塞爾函數(shù)恒等式將上式（3.2

9、-31)（3.2-32)由此可見(jiàn)，輸出的調(diào)制光中含有高次詣波分量，使由此可見(jiàn)，輸出的調(diào)制光中含有高次詣波分量，使調(diào)制光發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，必須將高次調(diào)制光發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，必須將高次展開(kāi)，得展開(kāi)，得UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1010若取若取 1rad， 則則J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以所以I3 /I 1 =0.045，即三次諧波為基波的，即三次諧波為基波的4.5%。在這個(gè)范圍內(nèi)可以。在這個(gè)范圍內(nèi)可以獲得近似線性調(diào)制，因而取獲得近似線性調(diào)制，因而取 諧波控制在允許的范圍內(nèi)。設(shè)基頻波和高次諧波的幅諧波控制

10、在允許的范圍內(nèi)。設(shè)基頻波和高次諧波的幅值分別為值分別為I1和和I2n+1, 則高次諧波與基頻波成分的比值為則高次諧波與基頻波成分的比值為(3.2-33)作為線性調(diào)制的判據(jù)。作為線性調(diào)制的判據(jù)。 此時(shí)此時(shí) 代入（代入（3.2-32)式得式得 (3.2-34)(3.2-35)UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1111 sin( m sinmt) 的的 m 若遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于若遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1， 則則: 為了獲得線性調(diào)制，要求調(diào)制信號(hào)不宜過(guò)大為了獲得線性調(diào)制，要求調(diào)制信號(hào)不宜過(guò)大(小信號(hào)調(diào)制小信號(hào)調(diào)制)，那，那么輸出的光強(qiáng)調(diào)制波就是調(diào)制信號(hào)么輸出的光強(qiáng)調(diào)制波就是調(diào)制信號(hào)V

11、=Vm sinmt 的線性復(fù)現(xiàn)。如的線性復(fù)現(xiàn)。如果果 m 1rad的條件不能滿足的條件不能滿足(大信號(hào)調(diào)制大信號(hào)調(diào)制)，則光強(qiáng)調(diào)制波就要，則光強(qiáng)調(diào)制波就要發(fā)生畸變。發(fā)生畸變。 縱向電光調(diào)制器具有縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響射的影響等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是半波電壓太高，特別在調(diào)制頻率較半波電壓太高，特別在調(diào)制頻率較高時(shí)，功率損耗比較大高時(shí)，功率損耗比較大。UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1212橫向電光效應(yīng)可以分為三種不同的運(yùn)用方式：橫向電光效應(yīng)可以分為三種不同的運(yùn)用方式： (1

12、)沿沿z軸方向加電場(chǎng)，通光方向垂直于軸方向加電場(chǎng)，通光方向垂直于z軸，并軸，并與與x或或y 袖成袖成45o夾角夾角(晶體為晶體為45o-z切割切割)。 (2)沿沿x方向加電場(chǎng)方向加電場(chǎng)(即電場(chǎng)方向垂直于即電場(chǎng)方向垂直于x光袖光袖)，通，通光方向垂宜于光方向垂宜于x鈾，并與鈾，并與z軸成軸成45o 夾角夾角(晶體為晶體為45o -x切割切割)。 (3)沿沿y軸方向加電場(chǎng)，通光方向垂直于軸方向加電場(chǎng)，通光方向垂直于y軸，并軸，并與與z軸成軸成45o夾角夾角(晶體為晶體為45o -y切割）。切割）。 2橫向電光調(diào)制（通光方向與電場(chǎng)方向垂直）UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共

13、共2929頁(yè)頁(yè) 1313因?yàn)橥饧与妶?chǎng)是沿因?yàn)橥饧与妶?chǎng)是沿z軸方向，因此和縱向運(yùn)用時(shí)一樣，軸方向，因此和縱向運(yùn)用時(shí)一樣，Ex=Ey=0, Ez=E，晶體的主軸，晶體的主軸 x, y 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)45o 至至 x，y，相應(yīng)的三，相應(yīng)的三個(gè)主折射率如前面?zhèn)€主折射率如前面(3.2-17)式所示式所示:UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1414通光方向與通光方向與z軸相垂直，并沿著軸相垂直，并沿著y方向入射方向入射(入射光偏振方向入射光偏振方向與與z袖成袖成450角角)，進(jìn)入晶體后將分解為沿，進(jìn)入晶體后將分解為沿x和和z方向振動(dòng)的兩方向振動(dòng)的兩個(gè)分量，其折射率分別為

14、個(gè)分量，其折射率分別為nx和和nz；苦通光方向的晶體長(zhǎng)度；苦通光方向的晶體長(zhǎng)度為為L(zhǎng)，厚度，厚度(兩電極間距離兩電極間距離)為為d，外加電壓，外加電壓VEzd，則從晶體，則從晶體出射兩光波的相位差出射兩光波的相位差ezzyzxnnEnnnEnnn63300633002121(3.2-36)UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1515 由此可知，由此可知，KDP晶體的晶體的63 橫向電光效應(yīng)使光波通過(guò)晶體橫向電光效應(yīng)使光波通過(guò)晶體后的相位差包括兩項(xiàng)：后的相位差包括兩項(xiàng)：第一項(xiàng)是與外加電場(chǎng)無(wú)關(guān)的晶體本身的第一項(xiàng)是與外加電場(chǎng)無(wú)關(guān)的晶體本身的自然雙折射自然雙折射

15、引起的引起的相位延遲，這一項(xiàng)對(duì)調(diào)制器的工作沒(méi)有什么貢獻(xiàn)，而且當(dāng)相位延遲，這一項(xiàng)對(duì)調(diào)制器的工作沒(méi)有什么貢獻(xiàn)，而且當(dāng)晶體溫度變化時(shí)，還會(huì)帶來(lái)不利的影響，因此應(yīng)設(shè)法消除晶體溫度變化時(shí)，還會(huì)帶來(lái)不利的影響，因此應(yīng)設(shè)法消除(補(bǔ)償補(bǔ)償)掉；掉；第二項(xiàng)是外加電場(chǎng)作用產(chǎn)生的相位延遲，它與外加電壓第二項(xiàng)是外加電場(chǎng)作用產(chǎn)生的相位延遲，它與外加電壓V和和晶體的尺寸晶體的尺寸(L/d)有關(guān)，若適當(dāng)?shù)剡x擇晶體尺寸，則可以降有關(guān)，若適當(dāng)?shù)剡x擇晶體尺寸，則可以降低其半波電壓。低其半波電壓。UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1616 KDP晶體橫向電光調(diào)制的主要缺點(diǎn)是存在自然雙折射晶

16、體橫向電光調(diào)制的主要缺點(diǎn)是存在自然雙折射引起的相位延遲，這意味著在沒(méi)有外加電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)晶體的引起的相位延遲，這意味著在沒(méi)有外加電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)晶體的線偏振光的兩偏振分量之間就有相位差存在，當(dāng)晶體因溫度線偏振光的兩偏振分量之間就有相位差存在，當(dāng)晶體因溫度變化而引起折射率變化而引起折射率n0和和ne的變化時(shí)，兩光波的相位差發(fā)生漂的變化時(shí)，兩光波的相位差發(fā)生漂移。移。 在在KDP晶體橫向調(diào)制器中，自然雙折射的影響會(huì)導(dǎo)致調(diào)晶體橫向調(diào)制器中，自然雙折射的影響會(huì)導(dǎo)致調(diào)制光發(fā)生畸變。甚至使調(diào)制器不能工作。所以，在實(shí)際應(yīng)用制光發(fā)生畸變。甚至使調(diào)制器不能工作。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，除了盡量采取一些措施中，除了盡量采取

17、一些措施(如散熱、恒溫等如散熱、恒溫等)以減小晶體溫以減小晶體溫度的漂移之外，主要是采用一種度的漂移之外，主要是采用一種“組合調(diào)制器組合調(diào)制器”的結(jié)構(gòu)予以的結(jié)構(gòu)予以襯償。常用的補(bǔ)償方法有兩種：一種方法是，將兩塊幾何尺襯償。常用的補(bǔ)償方法有兩種：一種方法是，將兩塊幾何尺寸幾乎完全相同的晶體的光相互成寸幾乎完全相同的晶體的光相互成90o串接排列，串接排列，UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1717即一塊晶體的即一塊晶體的y和和z軸分別與另一塊晶體軸分別與另一塊晶體的的z軸和軸和y軸平行軸平行(見(jiàn)圖見(jiàn)圖a）。另一種方法）。另一種方法是，兩塊晶體的是，兩塊晶體

18、的z軸和軸和y軸互相反向平行軸互相反向平行排列排列,中間放置一塊中間放置一塊12 波片波片(見(jiàn)圖見(jiàn)圖b)。這兩種方法的補(bǔ)償原理是相同的。外電這兩種方法的補(bǔ)償原理是相同的。外電場(chǎng)沿場(chǎng)沿z軸軸(光軸光軸)方向，但在兩塊晶體中電方向，但在兩塊晶體中電場(chǎng)相對(duì)于光軸反向，場(chǎng)相對(duì)于光軸反向，當(dāng)線偏振光沿當(dāng)線偏振光沿x軸方向入射第一塊晶體時(shí)，電矢量分解為沿軸方向入射第一塊晶體時(shí)，電矢量分解為沿z方方向向e1光和沿光和沿y方向的方向的o1光兩個(gè)分量，當(dāng)它們經(jīng)過(guò)第一塊晶體之后，光兩個(gè)分量，當(dāng)它們經(jīng)過(guò)第一塊晶體之后，兩束光的相位差兩束光的相位差 UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共292

19、9頁(yè)頁(yè) 1818UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 1919因此，若兩塊晶體的尺寸、性能及受外界影響完全相同，則自因此，若兩塊晶體的尺寸、性能及受外界影響完全相同，則自然雙折射的影響即可得到補(bǔ)償。然雙折射的影響即可得到補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)1/2波片后，兩束光的偏振方向各旋轉(zhuǎn)波片后，兩束光的偏振方向各旋轉(zhuǎn)90。，經(jīng)過(guò)第二塊晶，經(jīng)過(guò)第二塊晶體后，原來(lái)的體后，原來(lái)的e1光變成了光變成了o2 光，光， o1光變成光變成e2光，則它們經(jīng)過(guò)第二光，則它們經(jīng)過(guò)第二塊晶體后，其相位差塊晶體后，其相位差于是，通過(guò)兩塊晶體之后的總相位差于是，通過(guò)兩塊晶體之后的總相位差(3.2-3

20、7)UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 2020其中括號(hào)內(nèi)的就是縱向電光效應(yīng)的半被電壓，所以其中括號(hào)內(nèi)的就是縱向電光效應(yīng)的半被電壓，所以 可見(jiàn)，橫向半波電壓是縱向半波電壓的可見(jiàn)，橫向半波電壓是縱向半波電壓的d/L倍。減小倍。減小d，增加，增加長(zhǎng)度長(zhǎng)度L可以降低半波電壓。但是這種方法必須用兩塊晶體，所可以降低半波電壓。但是這種方法必須用兩塊晶體，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且其尺寸加工要求極高。以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且其尺寸加工要求極高。根據(jù)根據(jù)(3.2-37)式，當(dāng)式，當(dāng) 時(shí)，半波電壓為時(shí)，半波電壓為 UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)

21、頁(yè) 2121由起偏器和電光晶體組成。由起偏器和電光晶體組成。起偏器的偏振方向平行于起偏器的偏振方向平行于晶體的感應(yīng)主軸晶體的感應(yīng)主軸x(或或y)，此時(shí)入射晶體的線偏振光此時(shí)入射晶體的線偏振光不再分解成沿不再分解成沿x、y兩個(gè)兩個(gè)分量，而是沿著分量，而是沿著x(或或y)軸一個(gè)方向偏振，故外電軸一個(gè)方向偏振，故外電場(chǎng)不改變出射光的偏振狀場(chǎng)不改變出射光的偏振狀態(tài)，僅改變其相位，相位態(tài)，僅改變其相位，相位的變化為的變化為 (3.2-38)二、電光相位調(diào)制二、電光相位調(diào)制入射光入射光偏振器偏振器調(diào)制光調(diào)制光VLx y z 電光相位調(diào)制原理圖電光相位調(diào)制原理圖UPDOWNBACK2022-5-182022

22、-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 2222這里的這里的 因?yàn)楣獠ㄖ谎匾驗(yàn)楣獠ㄖ谎豿方向偏振，相應(yīng)的折射率為方向偏振，相應(yīng)的折射率為 。若若 外加電場(chǎng)是外加電場(chǎng)是 , 在晶體入射面在晶體入射面(z0)處的光場(chǎng)處的光場(chǎng) ，則輸出光場(chǎng)，則輸出光場(chǎng)(zL處處)就變?yōu)榫妥優(yōu)槁匀ナ街邢嘟堑某?shù)項(xiàng)，因?yàn)樗鼘?duì)調(diào)制效果沒(méi)有影響，則上式寫成略去式中相角的常數(shù)項(xiàng)，因?yàn)樗鼘?duì)調(diào)制效果沒(méi)有影響，則上式寫成 (3.2-39)式中式中 稱為相位調(diào)制系數(shù)。利用貝塞稱為相位調(diào)制系數(shù)。利用貝塞爾函數(shù)展開(kāi)上式，便得到爾函數(shù)展開(kāi)上式，便得到(3.1-12)式的形式。式的形式。UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2

23、929頁(yè)頁(yè) 2323渡越時(shí)間：渡越時(shí)間： 激光通過(guò)長(zhǎng)度為激光通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的晶體所需時(shí)間。的晶體所需時(shí)間。 對(duì)電光調(diào)制器來(lái)說(shuō)，總是希望獲得高的調(diào)制效率及滿足要求的對(duì)電光調(diào)制器來(lái)說(shuō)，總是希望獲得高的調(diào)制效率及滿足要求的調(diào)制帶寬。調(diào)制帶寬。 前面對(duì)電光調(diào)制的分析，均認(rèn)為調(diào)制信號(hào)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光波頻前面對(duì)電光調(diào)制的分析，均認(rèn)為調(diào)制信號(hào)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光波頻率率(也就是調(diào)制信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)也就是調(diào)制信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng))，并且入遠(yuǎn)大于晶體的，并且入遠(yuǎn)大于晶體的長(zhǎng)度長(zhǎng)度L，因而在光波通過(guò)晶體，因而在光波通過(guò)晶體L的渡越時(shí)間的渡越時(shí)間 內(nèi)，調(diào)制信號(hào)內(nèi)，調(diào)制信號(hào)電場(chǎng)在晶體各處的分布是均勻的，則光波在各部

24、位所獲得的相位延電場(chǎng)在晶體各處的分布是均勻的，則光波在各部位所獲得的相位延遲也都相同，即光波在任一時(shí)刻不會(huì)受到不同強(qiáng)度或反向的調(diào)制電遲也都相同，即光波在任一時(shí)刻不會(huì)受到不同強(qiáng)度或反向的調(diào)制電場(chǎng)的作用。在這種情況下，裝有電極的調(diào)制晶體可以等效為一個(gè)電場(chǎng)的作用。在這種情況下，裝有電極的調(diào)制晶體可以等效為一個(gè)電容即可以看成是電路中的一個(gè)集總元件，通常稱為集總參量調(diào)制容即可以看成是電路中的一個(gè)集總元件，通常稱為集總參量調(diào)制器。集總參量調(diào)制器的頗率特性主要受外電路參數(shù)的影響。器。集總參量調(diào)制器的頗率特性主要受外電路參數(shù)的影響。)/(ncLd)/(ncLd三、電光調(diào)制器的電學(xué)性能三、電光調(diào)制器的電學(xué)性能U

25、PDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 2424調(diào)制帶寬：調(diào)制信號(hào)占據(jù)的頻帶的寬度。調(diào)制帶寬：調(diào)制信號(hào)占據(jù)的頻帶的寬度。 調(diào)制信號(hào)頻率高時(shí)大部分電壓降在電源內(nèi)阻上，致使晶體無(wú)法調(diào)制信號(hào)頻率高時(shí)大部分電壓降在電源內(nèi)阻上，致使晶體無(wú)法工作。若要調(diào)制信號(hào)在較高頻狀況下工作時(shí)（實(shí)現(xiàn)阻抗匹配必須在工作。若要調(diào)制信號(hào)在較高頻狀況下工作時(shí)（實(shí)現(xiàn)阻抗匹配必須在晶體兩端并聯(lián)一電感和分流電阻）其頻帶寬度就要受到約束：晶體兩端并聯(lián)一電感和分流電阻）其頻帶寬度就要受到約束： 當(dāng)調(diào)制頻率與諧振頻率相同時(shí)電壓全降在晶體上。當(dāng)調(diào)制頻率與諧振頻率相同時(shí)電壓全降在晶體上。1外電路對(duì)調(diào)制帶寬的限

26、制外電路對(duì)調(diào)制帶寬的限制VsRsReRC0V電光調(diào)制器的等效電路圖電光調(diào)制器的等效電路圖VsRsRLL 調(diào)制器的并聯(lián)諧振回路調(diào)制器的并聯(lián)諧振回路C0電光晶體電光晶體UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 2525體調(diào)制器：上面講述過(guò)的都是此類。體積大的分離器件，而體調(diào)制器：上面講述過(guò)的都是此類。體積大的分離器件，而且整個(gè)晶體都受到外界電場(chǎng)的作用。且整個(gè)晶體都受到外界電場(chǎng)的作用。集成光學(xué)就是利用光波導(dǎo)把光波限制在微米量級(jí)波導(dǎo)集成光學(xué)就是利用光波導(dǎo)把光波限制在微米量級(jí)波導(dǎo)區(qū)中沿一定方向傳播的特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的平面化和區(qū)中沿一定方向傳播的特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的

27、平面化和光學(xué)系統(tǒng)集成化。具體地說(shuō)，就是把激光器、調(diào)制器、探光學(xué)系統(tǒng)集成化。具體地說(shuō)，就是把激光器、調(diào)制器、探測(cè)器等有源器件測(cè)器等有源器件“集成集成”在同一襯底上，并通過(guò)波導(dǎo)、耦在同一襯底上，并通過(guò)波導(dǎo)、耦合器等無(wú)源器件連結(jié)起來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整的微型光學(xué)系統(tǒng)。合器等無(wú)源器件連結(jié)起來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整的微型光學(xué)系統(tǒng)。 介質(zhì)光波導(dǎo)則是集成光學(xué)技術(shù)的基本組成部件，它主介質(zhì)光波導(dǎo)則是集成光學(xué)技術(shù)的基本組成部件，它主要可分為平面波導(dǎo)和矩形波導(dǎo)兩類，要可分為平面波導(dǎo)和矩形波導(dǎo)兩類，而平面波導(dǎo)又分為平板波導(dǎo)和漸變折射率波導(dǎo)兩種。而平面波導(dǎo)又分為平板波導(dǎo)和漸變折射率波導(dǎo)兩種。平板波導(dǎo)是集成光路中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單最常用的波導(dǎo)，它

28、的結(jié)平板波導(dǎo)是集成光路中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單最常用的波導(dǎo)，它的結(jié)構(gòu)如圖。構(gòu)如圖。 四、電光波導(dǎo)調(diào)制器（一般了解）四、電光波導(dǎo)調(diào)制器（一般了解）UPDOWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 2626光波導(dǎo)調(diào)制器的電光、聲光等物理效應(yīng)對(duì)光參數(shù)的控制過(guò)程光波導(dǎo)調(diào)制器的電光、聲光等物理效應(yīng)對(duì)光參數(shù)的控制過(guò)程, 有與體調(diào)制器相同的一面，即能使介質(zhì)的介電張量產(chǎn)生微小的變有與體調(diào)制器相同的一面，即能使介質(zhì)的介電張量產(chǎn)生微小的變化化(即折射率變化即折射率變化)，從而使兩傳播模間有一相位差；但由于外場(chǎng)的，從而使兩傳播模間有一相位差；但由于外場(chǎng)的作用會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)中本征模作用會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)中本征模(如

29、如TE模和模和TM模模) （即（即Transversal Electric Field, Transversal Magnetic Field）傳播特性的變化以及）傳播特性的變化以及兩不同模式之間的耦合轉(zhuǎn)換兩不同模式之間的耦合轉(zhuǎn)換(稱為模耦合調(diào)制稱為模耦合調(diào)制)，因此，光波導(dǎo)調(diào)制，因此，光波導(dǎo)調(diào)制器的基本特性可用介質(zhì)光波導(dǎo)耦合模理論來(lái)描述。器的基本特性可用介質(zhì)光波導(dǎo)耦合模理論來(lái)描述。x(a)z(c)y(b)l電極電極LiNbO3襯底襯底 +y(b)z(c)電極電極LiNbO3襯底襯底光波導(dǎo)光波導(dǎo)電力線電力線 LiNbO3電光波導(dǎo)相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖電光波導(dǎo)相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖光波導(dǎo)調(diào)制器UPD

30、OWNBACK2022-5-182022-5-18 共共2929頁(yè)頁(yè) 27271. 電光波導(dǎo)調(diào)制器的調(diào)制原理電光波導(dǎo)調(diào)制器的調(diào)制原理 電光波導(dǎo)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的物理基礎(chǔ)是晶體介質(zhì)的泡克耳斯電光波導(dǎo)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)調(diào)制的物理基礎(chǔ)是晶體介質(zhì)的泡克耳斯效應(yīng)。當(dāng)波導(dǎo)上加電場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生介電張量效應(yīng)。當(dāng)波導(dǎo)上加電場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生介電張量 (折射率折射率)的微小變的微小變化，將引起波導(dǎo)中本征模傳播的變化或不同模式之間功率的耦化，將引起波導(dǎo)中本征模傳播的變化或不同模式之間功率的耦合轉(zhuǎn)換。在波導(dǎo)坐標(biāo)系中，電場(chǎng)引起介電張量變化的各個(gè)元素合轉(zhuǎn)換。在波導(dǎo)坐標(biāo)系中，電場(chǎng)引起介電張量變化的各個(gè)元素 與不同模之間的耦合具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果只含有對(duì)角線介與不同模之間的耦合具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果只含有對(duì)角線介電張量元素電張量元素 ，則會(huì)引起，則會(huì)引起TE模之間或模之間或TM棋之間的自棋之間的自耦合，即只改變其各自的相位，從而產(chǎn)生相對(duì)相位延遲，這種耦合，即只改變其各自的相位，從而產(chǎn)生相對(duì)相位延遲，這種情況與體電光相位調(diào)制相似。但是，如果波導(dǎo)坐標(biāo)系中，介電情況與體電光相位調(diào)制相似。但是，如果波導(dǎo)坐標(biāo)系中，介電張量的變化含有非對(duì)角線張量元素張量的變化含有非對(duì)角線張量元素 , 則將引起則將引起TE模和模和TM模之間的互耦合，就會(huì)導(dǎo)致模式間功率的轉(zhuǎn)換，即一個(gè)輸入模模之