第四章光调制技术.ppt

波导调制器的单位带宽驱动功率比体调制器的低得多， 因而调制效率要高得多。
★调制原理
波导调制器除了通过感应折射率变化来改变光波相 位实现调制外，还可以通过波导特性，如模式转换、模 式耦合、定向耦合等特性来实现光的直接强度调制与开 关等。
1）即进入晶体后z=0处的两个分量：
因此入射光强度为：
2）当光通过长度为L的晶体之后
由于电光效应两分量间产生一定的相位差。
3）通过检偏器后的总电场强度：
与之相应的输出光强为：
于是得到调制器的透过率：
图4-5 电光调制特性曲线
为了获得线性调制，可以通过引入一个固定的相位延迟：
★方法： 一、附加一个的固定V / 2 偏压 二、光路上插入一 / 2波片
2）另一种方法是，两块晶体的z轴和y‘轴互相反向平
行排列，中间放置半波片。
★补偿原理 1）当它们经过第一块晶体之后，两束光：即x’方 向偏振的和z方向偏振光的相位差为：
2）经过半波片后，两束光的偏振方向各旋转90度， 经过第二块晶体后，原来的e1光变成了o2光o1光 变成e2光，则它们经过第二块晶体后，其相位差：
总的相位延迟为：
积分结果为：
i m d 1 e i t m ( t ) ( ) e 0 i m d
高频相位延迟缩减因子
只有当
时，无缩减作用。
◆结论
光波在晶体内的渡越时间必须远小于调制信号的周期，
才能使调制效果不受影响。这意味着对于电光调制器．存
在一个最高调制频率的限制。 4、电光波导调制器 波导调制器是将具有电光特性的材料做成光波导， 调制电场加在通光波导区，由于E3＝V/d，因而可以在 很低的外加电压下获得所需的调制场强。
★特点：
纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自 然双折射的影响等优点。其缺点是半波电压太高，特别是
在调制频率较高时，功率损耗比较大。
★应用—激光器中的电光调Q技术
部分反射 激光工作物质
偏振片
KD*P
全反射
图1 使用电光调制器的光通信线路
◆横向电光强度调制
横向电光效应的运用可以分为三种不同形式，这里 以①沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x轴 或y轴成45度夹角(晶体为45度-z切割）为例。
由于调频和调相写成统一的形式：
按三角公式展开．并应用：
得到：
由此可见，在单频余弦波调制时，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组 成。
4、脉冲调制
脉冲调制和数字式调制(脉冲编码调制)在一种不连续
状态下进行的调制。
脉冲调制是用间歇的周期性脉冲序列作为载波，并使 载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。
强度调制等。
1、振幅调制
定义：
振幅调制就是载波的振幅随调制信号的规律而变化
的振荡，简称调幅。 载波信号： 调制信号：
调幅波为：
三角关系展开
图4-1 调幅波频谱
2、频率调制和相位调制
定义：
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，统称为角度调制。
【频率调制】
若调制信号仍为一余弦函数，则调频波的总相角为：
第4章光束的调制和扫描
●4.1 光束调制原理
●4.2 直接调制
●4.3 光束扫描技术
●4.1 光束调制原理
【调制】 光波的电场强度为:
如果能够应用某种物理方法改变光波的这些振幅、频
率、相位、强度等参量之一，使其按照调制信号的规律 变化，就称激光束就受到了信号的调制，即达到“运载”
信息的目的。
光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及
则调制波的表达式为：
/ 其中 k f 称为频率比例系数 m f m称为调频系数
【相位调制】 相位调制就是载波中的相位角随调制信号的变化规律而变 化。
调相波的总相角：
则调相波的表达式为：
3、强度调制
光束强度定义为光波电场的平方，其表达式为：
于是，强度调制的光强可表示为：
仍设调制信号是单频余弦波，则：
于是，通过两块晶体之后的总相位差为：
横向电光调制的特点：
优点：横向半波电压是纵向半波电压的d/L倍。减小 d，增家长度L可以降低半波电压。 缺点：结构复杂，而且其尺寸加工要求极高。所以， 对KDP晶体而言，一般不用横向电光调制。
2、电光相位调制
图2 电光相位调制原理图
电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位，相位的 变化量为：
电光调制器的等效电路图
调制器的并联谐振回路 其最大可容许调制带宽为：
◆结论
当调制晶体的种类、尺寸、激光波长和所要求的相 位延迟确定之后，其调制功率与调制带宽成正比关系。 2）高频调制时渡来自百度文库时间的影响 当调制周期与光的渡越时间可以相比拟时，光波 在晶体中各部位所受到的调制电场是不同的，相位延 迟的积累受到破坏。
x, z 方向上的两偏振光在出射后的相位差为：
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。结果是晶体的折射率差随温度而变化。
从而导致调制光发生畸变。
★常用的补偿方法有两种：
1）是将两块尺寸、性能完全相同的晶体的光轴互成
90度串联排列，即一块晶体的y‘和z轴分别与另一 块晶体的z和y'平行；
n L x x c
相应的折射率为：

13 n n 63 E x 0 n o z 2
若外加电场是：
E A sin t z m m
在晶体入射面(z=0)处的光场为：
E A t i csin c
则输出光场(z＝L处)就变为：
3、电光调制器的电学性能
1）外电路对调制带宽的限制 ★电光调制器的等效电路 作用到晶体上的实际电压为：
☆以第二种办法为例：
总相位差为：
式中： 是相应于外加调制信号电压V m 的相位差 所以，透过率为：
展开后得：
输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制光发生畸变。
高次谐波与基频波成分的比值为：
作为线性调制的判据。 故为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大(小信号
调制)，那么输出光强调制波就是调制信号的线性复现。
6、脉冲编码调制
这种调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进
而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进
行强度调制。 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、 量化和编码。
●4.2 电光调制
【基本要求】
1、基本原理；2、电光调制器的结构
1、电光强度调制
◆纵向电光调制器及其工作原理
图4-4 纵向电光强度调制