电光调制器,强度调制器,相位调制器,EOM原理..

• 根据调制参量的不同，可以分为相位调制器和强度调制器。
相位调制器 相位调制器是电光波导调制器中最简单的器件，选择合适的晶体取向以 切，表示的是基片取向， 便获得最大电光系数 r33（为获得最大调制深度，一般取 Z方向为电场方 如z切，即表示晶体的z 向），选取合适的波导和电极结构，然后在调制电压信号的作用下，电 轴垂直于晶体光滑表面， 光晶体的折射率发生相应的改变，晶体中o光和e光经过不同的光程，产 生附加相位。 如下图所示，电场分量沿水平方向（x切y晶体）或者垂直方向（y切x晶体） 加在铌酸锂基片上，光波导传输的模式应为TE模（水平偏振），即晶 体中的e光。产生的附加相位为 n L 2L n V G
0.7 mf 7 0.44 0.11 0.02
c
m
6 m
角度调制波的频谱
1

显然, 若调制信号不是单频正弦波, 则其频谱将更加复杂。另外， 当角度调制系数较小（即m<<1）时，其频谱与调幅波有着相同的 形式。
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):
ct k f a(t )dt c ct k f ( Am cos mt )dt c
其中 m f
k f Am
m
m
称为调频系数，kf 称为比例系数。
则调制波的表达式为： e(t ) Ac cos(ct mf sin mt c ) 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：
Ac J n (m) cos( c n m )t c (1) n cos( c n m )t c n1

可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与 在它两边对称分布的无穷多对边频所组成的。各边频之间的频率 间隔是 m , 各边频幅度的大小 J n (m) 由贝塞尔函数决定。 如下图是m=1时的角度调制波的频谱。
EOM的工作原理
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 n n0 E bE 2 或写成
周期脉冲序列载波
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。
e(t ) Ac cos c t m sin mt c 利用 cos( ) cos cos sin sin 三角公式展开，得：
e(t ) Ac cos( c t c ) cos(m sin m t ) sin( c t c ) sin(m sin m t )
将其代入上式, 并令 k p Am m p (称为强度调制系数)
Ac2 I (t ) 1 m p cos m t cos2 ( c t c ) 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


光强调制波的频谱可用前面所述类似的方法求得，但其结果 与调幅波的频谱略有不同，其频谱分布除了载频及对称分布 的两边频之外，还有低频 m 和直流分量。
n 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。
• 根据电光晶体材料的不同，可分为KDP晶体，铌 酸锂EOM，硝基苯EOM，锂铌酸钾EOM； • 根据所用电光效应的不同也可分类，若电光材料 折射率与调制电压呈线性关系，即称为线性电光 效应（泡克尔斯效应），如KDP晶体，铌酸锂； 若电光材料的折射率与调制电压的二次方成正比， 即克尔效应，如硝基苯，锂铌酸钾； • 另外，此处还需介绍EAM，电吸收调制器，一种 和铌酸锂波导调制器一样应用广泛的调制器，属 于是内调制器，主要用于和半导体激光器集成， 体积小，功耗低，驱动电压低，但传输性能比 EOM稍差，比直接调制的半导体激光器稍好，多 用于中短距离传输，发展前途较好。
周期脉冲序列载波
(a)调制信号
(b)脉冲幅度调制
(c)脉冲宽度调制 (d)脉冲频率调制
(e)脉冲位置调制
脉冲调制形式
EOM的种类及应用
电光调制器有很多种，根据不同的标准可以分成不同的类别。
• 根据电极结构不同，EOM可以分为集总参数调制器 和行波调制器； • 根据波导结构不同，EOIM可以分为Msch-Zehnder 干涉式强度调制器和定向耦合式强度调制器； • 根据通光方向与电场方向的关系，EOM可以分为纵 向调制器和横向调制器。纵向电光调制器具有结 构简单、工作稳定（与偏振无关）、不存在自然 双折射的影响等优点，其缺点是半波电压太高， 特别在调制频率较高时，功率损耗比较大；KDP晶 体横向电光调制的主要缺点是存在自然双折射引 起的相位延迟，可采用“组合调制器”的结构予 以衬偿。
c c c


2
c
c
m
c

式中，ma Am Ac 称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三 个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项 是因调制而产生的新分量，称为边频分量 。 调 Ac m a Ac m a Ac 幅 2 2
ma Ac cos( c m )t c 2

将式中 cos(m sin mt )和sin(m sin mt ) 两项按贝塞尔函数展开：
sin(m sin m t ) 2 J 2 n 1 (m) sin(2n 1) m t
n 1
cos(m sin mt ) J 0 (m) 2 J 2 n (m) cos(2nmt ) n1
c m
c
2 m
c m
波

频 谱
频率调制和相位调制━━调频和调相 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变 化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角 (t) 的变化，因此统称为角度调制。 对于调频而言，就是式
ec (t ) Ac cos( c t c )
I (t ) e2 (t ) Ac2 cos2 (ct c )
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 式中，k p 为比例系数。设调制信号是单频余弦波 a(t ) Am cos( mt )
电光调制的分类
电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。 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
EOM的工作原理
QQ775332295
目录
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EOM的定义 电光调制的分类 EOM的种类及应用 EOM的工作原理 EOM的特性参数 EOM的操作方法 EOM在本次试验中的作用
EOM的定义
• EOM，全称Electrooptic Modulator，即电 光调制器，利用电光效应工作的光调制器。 将信息加载于激光的过程称之为调制,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。电光调制属于外调制，即在激光器外 的光路中进行调制。 目前光通信领域所用的电光调制器大多是 铌酸锂材料做的光波导强度调制器。
1.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 2 2 2 y 下方程描述： x z 2 1 2 2 nx ny nz 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。 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 2 1 2 1 2 1
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 ) 利用三角公式： cos cos 1 cos( ) cos( ) 2 得： e(t ) A cos( t ) ma A cos( )t
中的角频率ω c 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
(t ) c (t ) c k f a(t )
若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：
(t ) (t )dt c c k f a(t ) dt c
ct m f sin mt c

知道了调制系数m，就可得各阶贝塞尔函数的值。 将以上两式代入利用三角函数关系式：