光调制器
第5章 光调制器
3）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):
I (t ) e (t ) A cos (ct c )
而且， 41 52 因此，这一类晶体独立的电光系数只有 41和 63
两个，可得：
24
1 1 2 0, 2 41Ex n 1 n 4 1 1 2 41E y 2 0, n 5 n 3
4
比如，注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的 泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制 ( 也称直接调 制 ) 。还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元 件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振 腔的参数，从而改变激光器输出特性，（如，调Q技术）
5
外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放 置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激 光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。 外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量 级），调制带宽要宽得多，故倍受重视。 按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁 光调制、和直接调制（电源调制） 激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。
第5章 光调制器
0
本章内容： 1、光调制器的基本原理 （电光、声光、磁光、直接调制） 2、KDP光调制器 3、LiNbO3光调制器 4、半导体光调制器
1
1、调制的基本概念
激光是一种频率更高（1013~1015 Hz)的电磁波，它 具有很好相干性，因而象以往电磁波（收音机、电视 等）一样可以用来作为传递信息的载波。 由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、 符号等)通过一定的传输通道(大气、光纤等)送到接收 器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。 这种将信息加载于激光的过程称之为调制
光调制器的用途
光调制器的用途
光调制器是一种用于调制或控制光信号的器件，其主要用途如下：
1. 光通信：光调制器可以用于调制光信号的幅度、频率和相位，以传输信息。
在光通信系统中，光调制器常用于光电转换、光信号调制和解调等关键步骤中。
2. 光传感：光调制器可以通过调制光信号的特性，实现对环境的测量和监测。
例如，通过调制光的相位或幅度来实现光纤陀螺仪、光纤压力传感器等。
3. 光储存和处理：光调制器可以用于光存储和光处理应用。
例如，在光存储器中，光调制器可用于将信息写入和读取出光介质中。
在光处理中，光调制器可以用于光信号的成型、滤波、调制和解调等。
4. 光学成像：光调制器可以用于调制光束的相位和幅度，从而在光学成像中改变图像的特性。
例如，光场调制器可以实现二维相位调制来改变光束的焦距和聚焦深度。
5. 光噪声控制：光调制器可以控制光的强度和频率，从而在光学系统中减少或抑制光噪声。
光调制器可用于光学放大器、激光器和光纤传输系统中，以提高系统的信噪比和性能。
总之，光调制器在光通信、光传感、光储存和处理、光学成像
和光噪声控制等领域中具有广泛的应用。
它们为光学技术的发展和应用提供了重要的手段和工具。
光调制器工作原理
光调制器工作原理嗨，小伙伴们！今天咱们来聊聊一个超级有趣又有点神秘的东西——光调制器。
你可以把光想象成一个超级活泼的小精灵，在空间里跑来跑去。
光调制器呢，就像是一个魔法盒，能给这个小光精灵“变装”或者改变它的行为哦。
光调制器的基本工作原理，简单来说就是对光的一些特性进行改变。
那光有啥特性呢？比如说光的强度、相位、偏振这些。
就像你给小光精灵的衣服有不同的款式，这些就是光的不同特性啦。
先说说强度调制吧。
这就好比你在控制小光精灵的亮度。
光调制器是怎么做到的呢？有一种常见的方式是通过电信号来控制。
你可以把电信号想象成一个指挥官，当电信号强的时候，就命令光精灵变得更亮；电信号弱的时候呢，光精灵就暗下来。
比如说在光纤通信里，我们要发送信息，就可以把信息转化成电信号，然后这个电信号去指挥光调制器改变光的强度。
就像我们用不同的灯光亮度来表示不同的信号一样，只不过这里是用光来传递信息啦。
再讲讲相位调制。
这就有点像改变小光精灵的步伐节奏。
光在传播的时候是有相位的，光调制器可以通过一些特殊的材料或者结构，在电信号的作用下改变光的相位。
这就好像是给小光精灵的脚步加了不同的节奏韵律。
这种相位调制在一些高精度的光学测量和通信技术里可有着大用处呢。
比如说在相干光通信中，精确的相位调制能让信息传递得更准确，就像小光精灵按照精确的舞步传递着秘密消息。
还有偏振调制哦。
偏振就像是小光精灵的一种特殊姿态。
光可以有不同的偏振方向，而光调制器能够调整光的偏振态。
这就好比是让小光精灵从横着站变成竖着站，或者斜着站。
在一些光学传感器和特殊的通信系统里，偏振调制就发挥着独特的作用。
比如说在检测某些物质的时候，不同物质对偏振光的影响不一样，通过偏振调制后的光和物质相互作用，我们就能知道物质的一些特性啦。
光调制器的内部结构也是很有意思的。
它里面有各种各样的材料和组件，就像是一个小工厂一样。
有的材料具有特殊的电光效应，就是说在电场的作用下，它的光学性质会发生改变，这样就能用来调制光啦。
光调制器原理
光调制器原理
光调制器是一种能够控制光信号传输的重要器件，它在光通信、光传感和光信息处理等领域有着广泛的应用。
光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等，下面将对这些原理进行详细介绍。
首先，电光效应是光调制器中最常见的原理之一。
它利用外加电场改变介质的折射率，从而实现光信号的调制。
当在介质中施加电场时，介质的折射率会发生变化，进而改变光的传播速度和相位，从而实现光信号的调制。
电光效应广泛应用于各种类型的光调制器中，如电吸收调制器和电光调制器等。
其次，光学相位调制是另一种常见的光调制器原理。
它通过改变光波的相位来实现光信号的调制。
光学相位调制通常通过在光路中引入相位调制器来实现，其中最常见的原理是利用电光效应或者电声光效应来改变光波的相位，从而实现光信号的调制。
光学相位调制器具有调制速度快、带宽宽等优点，在光通信系统中有着重要的应用。
最后，强子隧道效应也是一种重要的光调制器原理。
它利用外加电场改变半导体中的载流子浓度，从而改变半导体的折射率，实现光信号的调制。
强子隧道效应在半导体光调制器中有着重要的应用，尤其是在高速光通信系统中，其调制速度和调制深度均能满足系统的要求。
综上所述，光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等。
这些原理在光通信、光传感和光信息处理等领域有着重要的应用，为光学器件的发展提供了重要的技术支持。
随着光电子技术的不断发展，相信光调制器在未来会有更加广泛的应用。
光调制器_基本原理与结构
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Optical fiber communications 1-14 2011-10-30
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1. 工作原理：延迟器 工作原理： 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 为n1,n2。 n1,n2。 外加电场E 外加电场E
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（2）
若φ（0）＝2π 未加信号时， (v)|V =0 1 加Vπ
v=v
τ = 2 ( π )=0 τ (v)| π =cos 2
调制器的传输系数在 0，两个状态之间转换， 1， 构成光开关 这种强度调制器的工作 速率目前可达几个 ，通过25GHZ GHZ 也是可能的
介电抗渗参数20121031opticalfibercommunications压比克尔效应要低一些线性电光效应所需的电二次电光系数克尔电光效应线性电光系数谱克尔电光效应参数未加电场时的介电抗渗c
Optical fiber communications 1-1
2011-10-30
第六节 光调制器
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φ = φ (0) - π
V Vπ
rn 3 LE λ0 = π －》Vπ = π 3 纵向 λ0 rn d λ0 Vπ = 3 横向 l rn
半波电压V 决定于调制材料的特性(n r)工作波长 (n和 工作波长λ 半波电压Vπ决定于调制材料的特性(n和r)工作波长λ及d/l
Optical fiber communications 1-6
2011-10-30
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mz光调制器 调制区长度
mz光调制器调制区长度mz光调制器（Mach-Zehnder光调制器）是一种利用磁光效应（Electro-Optic Effect）实现光信号调制的器件。
它由两根等长、平行且有些微差异的光波导构成。
其中，一条光波导被称为“主传输线”，另一条则称为“参考传输线”。
当输入电压施加在主传输线和参考传输线上时，MZ光调制器的输出光强度会相应发生改变。
这种调制原理使得MZ光调制器在光通信领域有着广泛的应用。
调制区长度是指在MZ光调制器的主传输线和参考传输线接触的区域长度。
这个长度对于MZ光调制器的调制性能和工作效果至关重要。
较短的调制区长度可以提供较高的调制带宽和速度，但也会增加器件的损耗。
而较长的调制区长度则可以提供更低的调制带宽和速度，但相应地减小了损耗。
在设计MZ光调制器时，需要根据具体的应用需求来选择合适的调制区长度。
对于高速通信系统而言，调制区长度应尽量短以提高调制速度。
而对于功耗更为关键的低功耗应用，可以牺牲一些调制速度以换取较低的损耗。
调制区长度的选择需要在调制速度和损耗之间进行权衡。
除了调制区长度外，MZ光调制器的性能还与许多其他因素相关。
光波导的折射率差异、驱动电压和光路的长度等都会对调制器的调制效果产生影响。
器件的温度变化、光波导的纯度以及输入光的功率等因素也需考虑进去。
从简单到复杂，我们可以先从MZ光调制器的基本原理开始来理解其工作机制。
光在进入MZ光调制器之前会分成两路，一路经过主传输线，另一路经过参考传输线。
主传输线和参考传输线的差异在于主传输线上施加了一定的电压。
由于磁光效应的作用，当电压改变时，主传输线上的折射率会发生变化，而参考传输线上的折射率不变。
这种折射率差异会改变两路光的相位差，从而影响它们的干涉效果。
接下来，我们可以详细探讨如何实现光信号的调制。
为了使光信号可以通过MZ光调制器进行调制，我们需要施加电压来改变主传输线的折射率。
这可以通过将电压施加在主传输线的两个电极上来实现。
aom调制频率
aom调制频率
AOM，即声光调制器，是一种利用声光效应来调制光波的设备。
它的调制频率是其在应用中非常关键的一个参数。
调制频率决定了AOM可以多快地改变光信号的某些特性，比如强度、频率或相位。
在许多现代光学系统中，包括通信、干涉测量和量子光学实验等，都需要快速而精确地调制光信号。
AOM的调制频率通常可以达到很高，范围可以从几千赫兹到几百兆赫兹。
这使得AOM成为需要快速光调制的应用中的理想选择。
例如，在高速光通信系统中，AOM可以用来生成或调制高速光信号，从而实现大数据量的快速传输。
然而，值得注意的是，AOM的调制频率并不是无限高的。
其最高调制频率受到多种因素的限制，包括声波在调制器中的传播速度、调制器的物理尺寸、驱动电子的带宽以及热效应等。
因此，在选择AOM时，需要根据具体应用的需求来平衡调制频率、插入损耗、消光比以及调制深度等参数。
此外，AOM的调制频率还会影响其调制精度和稳定性。
在高频调制下，由于各种噪声和失真的影响，AOM的调制精度可能会下降。
因此，为了保证调制精度和稳定性，可能需要采取一些额外的措施，如使用高质量的驱动电子、优化调制器的设计以及实施有效的热管理等。
总的来说，AOM的调制频率是其关键性能参数之一，它决定了AOM在光调制应用中的能力和效果。
在选择和使用AOM时，需要综合考虑其调制频率、调制精度、稳定性以及其他相关参数，以满足具体应用的需求。
电光调制器的适用介绍
电光调制器的适用介绍1. 什么是电光调制器？电光调制器是一种光电器件，用于在电信系统中调制光信号，是光通信中非常重要的设备。
通常被用来调制激光光波以传输信息。
2. 电光调制器的适用领域电光调制器被广泛应用于许多不同的领域，这里介绍其中三个主要的应用领域：2.1 光通信电光调制器在光通信中有很重要的作用。
在光纤通信中，以激光发射出去的光波需要在传输前被调制，以传输数据和信息。
电光调制器将电信号转化为光信号，再将其调制，以传输信息。
在这个过程中，光信号的强度、频率和相位都将被调制。
2.2 激光雷达激光雷达是利用激光进行距离测量的系统，其中电光调制器被用于调制发射信号。
调制后的激光光束被发射并击中目标，被反射回来并接收。
再次使用电光调制器以便接收和处理反射信号。
2.3 医疗电光调制器在医疗领域中也有着广泛的应用。
例如，在眼科手术中，使用激光进行治疗，就需要先经过电光调制器进行调制和控制激光的强度、频率和相位等参数。
3. 电光调制器的优势电光调制器有着许多优势，这里列举其中的几个：3.1 速度电光调制器可以在纳秒级的速度下进行快速的光强调制和相位调制，这使它成为高速通信中的关键器件。
比如，现代的光通信和激光雷达都需要迅速的信号调制。
电光调制器可以在信号的传输过程中迅速的调整光信号，从而提高接收和传输的效率。
3.2 稳定性电光调制器的性能非常稳定，可以用于各种不同的环境和场合。
这也保证了其在医疗领域中的应用效果，如在激光治疗过程中的精确控制等。
3.3 尺寸电光调制器通常比其他调制器更小巧、轻便。
这使它成为各种设备的理想选择，尤其是那些需要单个或多个光信号的设备，例如光通信或激光雷达装置。
4. 总结电光调制器在通信、雷达和医疗领域中都可以发挥重要作用。
此外，其具有速度快、稳定性好和体积小等优点，这使它成为各种设备的理想选择。
然而，随着技术的不断发展，电光调制器的性能还将不断改进和进一步完善。
光调制器_基本原理与结构
光调制器_基本原理与结构光调制器是一种能够对光信号进行调制的器件，广泛应用于光通信和光电子技术领域。
它能够将电信号转换为光信号，或者将光信号转换为电信号，实现信号的调制和解调。
光调制器的基本原理与结构有三种主要类型，分别是电光调制器、光电调制器和光声调制器。
电光调制器是通过外加电场改变介质折射率来实现光信号的调制。
其基本结构由驱动电极、活动区、光波导以及输入输出端口组成。
当外加电场作用于驱动电极时，电场会在活动区产生电场分布。
由于光波导的折射率与电场强度有关，因此电场的变化会引起波导的折射率发生变化，从而改变光波传播的速度。
通过控制驱动电极上的电压信号，可以实现对光信号的调制。
光电调制器则是利用半导体材料的光电效应，实现光信号的调制。
光电调制器的基本结构由光波导和掺杂区组成。
当掺杂区被外加电压偏置后，会形成一个电场，从而改变掺杂区的折射率。
这种变化会导致光封装在掺杂区附近的折射率发生变化，从而对光信号进行调制。
光声调制器则是通过光声效应将声波信号转化为光信号。
光声调制器的基本结构由光纤、光声晶体以及声波发生器组成。
当声波发生器产生声波信号并通过光纤传输到光声晶体中时，光声晶体会产生正负溶胀效应。
这种效应会导致光波传播的速度和波长发生变化，从而对光信号进行调制。
总结起来，光调制器的基本原理是通过外部电场、光电效应或光声效应来改变介质的折射率，从而实现对光信号的调制。
不同类型的光调制器在工作原理和结构上有所差异，但都能够实现对光信号的调制和解调，广泛应用于光通信和光电子技术领域。
电光调制器的原理及其应用
电光调制器的原理及其应用1. 引言•电光调制器（Electro-Optic Modulator，EOM）是一种能够将电信号转换成光信号的设备。
•它利用了光电效应，通过电场控制光的折射率或透过率，实现光信号的调制。
2. 原理•电光调制器的工作原理基于克尔效应或Pockels效应。
•克尔效应指的是在外加电场下，晶体的折射率会发生改变。
•Pockels效应是指晶体的透过率会随电场的变化而变化。
3. 类型电光调制器主要分为两种类型： 1. 各向同性电光调制器（Isotropic Electro-Optic Modulator）： - 主要利用了克尔效应，适用于可见光和红外光的调制。
- 使用非晶体材料或某些晶体材料制成。
- 典型的各向同性电光调制器有液晶电光调制器。
2.各向异性电光调制器（Anisotropic Electro-Optic Modulator）：–利用了克尔效应和Pockels效应，适用于更高频率的光信号调制。
–使用晶体材料制成。
–典型的各向异性电光调制器有锂钽酸锶（LiTaO3）、锂钝酸铌（LiNbO3）等。
4. 应用电光调制器在光通信、光传感、光纤传输等领域具有广泛的应用。
4.1 光通信•光通信是利用光信号传输数据的通信方式。
•电光调制器在光通信中起到重要的作用，用于调制光信号的强度、频率、相位等参数，实现数据的传输和调制。
4.2 光传感•光传感是利用光的传输和变化来检测和测量物理量或化学量的技术。
•电光调制器可以用于调制光信号的相位和幅度，实现对光传感器件的激励和信号读取。
4.3 光纤传输•光纤传输是指利用光信号在光纤中的传输来进行数据传输的技术。
•电光调制器用于调制光信号的参数，确保光信号的传输质量和稳定性。
4.4 光学成像•电光调制器可以在光学成像中用于调制光源的强度和相位，实现对成像质量的调整和优化。
4.5 光学雷达•光学雷达是一种利用激光器发出激光脉冲并通过接收器接收回波信号来进行距离测量和目标探测的技术。
光调制器原理
光调制器原理
光调制器是一种可以控制光信号的强度、频率、相位等参数的设备。
其原理主要基于光学、电学和材料学的相互作用。
光调制器的基本原理是光的干涉、衍射和电光效应。
一般来说，光调制器可以分为两种类型：干涉型和电光型。
1. 干涉型光调制器：
干涉型光调制器利用光的相位和干涉现象来进行光的调制。
其中，最常见的干涉型光调制器是马赫曾德干涉仪(MZI)。
该器
件由两个光纤引入输入端，之后再通过一个分束器，将光信号分为两个不同的路径。
这两个信号经过不同的光程后再次合并，形成干涉现象。
通过改变其中一个路径的光程差，可以改变干涉的结果，从而实现光信号的调制。
2. 电光型光调制器：
电光型光调制器利用光在介质中的折射率随电场变化的特性来进行光的调制。
最常见的电光型光调制器是基于电光效应的调制器。
该器件由一个波导和电极组成。
当施加电压时，电场会改变波导中的折射率，从而改变光的传输特性。
通过改变电场的强度、频率等参数，可以对光信号进行调制。
总之，光调制器通过改变光信号的干涉、电场等性质，实现对光信号的调制。
这种调制可以在光纤通信、光传感、光存储等领域中起到重要的作用。
光调制器
1 2
1 i
1 [(1)(1)* (i)(i) *] 0 2
任意偏振矢量
E
a b
可分解为一组正交的线偏振光
E
a b
a10
b10
也可分解成一组正交的圆偏振光
E
a b
1 2
(a
ib)1i
1 2
(a
ib)1i
三.振态转换的描述 琼斯矩阵
各种时光的偏振态作线性转换的器件都可以用一个 2 矩2阵表示,
0 0
即出射光复振幅在x、y轴方向的分量均为零,故无光出射,
在P2后发生消光.若 片的快轴沿x轴,同样方法计算,
可得到P2后消光. 4
称为偏振器件的琼斯矩阵,表示为
输入
E
EE~~xy
A
a11 a21
a12
a22
输出
E
EE~~xy
E AE
EE~~xy
a11 a21
a12 a22
EE~~xy
系统矩阵A为个矩阵的乘积
A AN ...A2 A1
出射光为 E AE AN ...A2 A1E
•求线偏振器件的琼斯矩阵
解 如图令 片4 的快轴沿y轴方向,偏振片P1、P2分别沿x、y轴方向.
自然光从偏振片出来后成为光矢量沿x轴的线偏振光,其琼斯矢量为,
1 E1 0
经片 4后,出射的E1的琼斯矢量为,
E1
1 0
0 1 1 i0 0
即仍为沿x轴方向的线偏振光.再经偏振片P2后,出射光的琼斯矢量为
E2
0 0
01 10
4
1 0 A 0 i
几种偏振态转换的矩阵运算
1。线偏振光通过 片
4
线偏振光光矢量与x轴成45角,其琼斯矢量为
空间光调制器原理
空间光调制器原理
空间光调制器是一种能够对光束进行快速调制的光电器件，它利用了光学的非线性效应来控制和调节光的特性。
其原理基于光的电光效应、弹性散射效应或者Kerr效应。
光的电光效应是指在某些材料中，当施加电场时，会发生折射率的变化。
这样，通过调整施加在材料上的电场，就可以改变材料的折射率，从而影响光的传播特性。
空间光调制器利用这一原理，通过在光路上引入一个电光晶体，利用外加电场来控制晶体的折射率，从而调制光的相位、强度或者振幅。
另一种原理是利用弹性散射效应，通过利用在材料中产生的声波的散射现象来调制光的传播特性。
当声波通过光学材料时，由于声波的作用会导致材料的折射率发生变化，从而影响光的传播。
通过控制声波的发射和控制，可以控制光的散射和传播，从而实现光的调制。
Kerr效应是指在某些非线性光学材料中，当光的强度变化时，导致材料的折射率发生变化。
利用Kerr效应，可以通过调节
光的强度来控制光的相位和压强分布。
空间光调制器利用了这一原理，通过控制光的强度来改变材料的折射率，从而实现对光的调制。
总的来说，空间光调制器利用光的电光效应、弹性散射效应或者Kerr效应等原理，通过施加电场、声波或者控制光的强度
来调节光的传播特性，实现对光的快速调制，从而广泛应用于光通信、光信息处理等领域。
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用一、马赫曾德尔电光调制器原理马赫曾德尔电光调制器（MachZehnder electrooptic modulator）是一种利用电场控制光的偏振状态进而调制光的相位的装置。
它由两个光分束器和两个相同的光纤光波导构成。
其中一个光分束器负责将输入的光信号分成两束，另一个光分束器负责将两束光信号合并。
在两个光分束器之间的两个光波导中，通过提供不同的电场来控制两束光信号的相位差，从而达到对光信号进行调制的目的。
马赫曾德尔电光调制器的原理基于电光效应。
电光效应是指在某些晶体材料中，当施加电场时，它们的折射率会发生变化。
通过在光波导中引入具有电光效应的材料，可以利用外界电场来控制光波导中的折射率，从而实现光的相位调制。
在马赫曾德尔电光调制器中，通过分别施加不同的电压到两个光波导中的电光材料上，可以使得两束光的相位差发生变化。
当电子流经电光材料时，电子受到外界电场的驱使，使得晶格结构发生畸变，进而导致折射率的变化。
这种折射率的变化会影响光在材料中的传播速度和相位，从而实现对光信号的调制。
二、马赫曾德尔电光调制器在光纤通信中的应用1. 光信号调制：马赫曾德尔电光调制器可以实现对光信号的调制，将电子信号转换为光信号。
在光纤通信系统中，通过将电信号转换为光信号，可以实现远距离的传输，并且能够克服电磁干扰带来的影响。
2. 光信号调幅：马赫曾德尔电光调制器还可以实现对光信号的调幅。
通过调节施加到光波导中电光材料上的电压，可以控制光信号的相位差，从而实现对光信号的幅度调节。
3. 光信号调相：除了调幅外，马赫曾德尔电光调制器还可以实现对光信号的相位调制。
通过控制电场的强度和频率，可以改变光信号的相位差，实现对光信号的相位调节。
4. 光信号开关：马赫曾德尔电光调制器还可以用于光信号的开关控制。
通过控制施加到光波导中电光材料上的电压，可以使得光在不同光波导中的传播路径发生变化，实现光信号的开关控制。
光调制器原理及设计
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。
光调制器原理
光调制器原理光调制器是一种能够控制光波传输的装置，它在光通信、光传感和光学成像等领域有着广泛的应用。
光调制器的原理是通过控制光波的相位、振幅或频率来实现对光信号的调制，从而实现信息的传输和处理。
在本文中，我们将介绍光调制器的原理及其在光通信中的应用。
光调制器的原理主要包括电光效应、声光效应和自调制效应。
电光效应是指在外加电场的作用下，介质的折射率发生变化，从而实现光的调制。
声光效应则是利用声波和光波在介质中的相互作用，通过声波的调制来实现光的调制。
自调制效应是指在介质中光的强度、相位或频率受到光本身的调制。
这些原理为光调制器的设计和制造提供了理论基础。
在光通信中，光调制器起着至关重要的作用。
光调制器可以将电子信号转换成光信号，实现数字光通信。
通过调制光信号的强度或相位，可以实现光信号的调制和解调，从而实现信息的传输和处理。
光调制器还可以实现光信号的多路复用和解复用，提高光通信系统的传输容量和效率。
除了在光通信中的应用，光调制器还被广泛应用于光传感和光学成像领域。
通过控制光信号的强度和相位，可以实现对光信号的调制和解调，从而实现光传感和成像。
光调制器还可以实现光信号的编码和解码，提高光传感和成像系统的灵敏度和分辨率。
总之，光调制器作为光波传输的关键装置，在光通信、光传感和光学成像等领域有着重要的应用。
通过对光波的相位、振幅或频率进行调制，可以实现对光信号的调制和解调，从而实现信息的传输和处理。
随着光通信和光学技术的不断发展，光调制器的性能和应用将会得到进一步的提升和拓展。
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Hale Waihona Puke 1. 把欲传输的信息加载于光波上，对光的参量（振 幅、频率、相位、偏振状态和传播方向等）进行 控制使其发生变化并携带信息的过程称为调制。 2. 一般应用最多的是对光的振幅调制。因为光强与 光的振幅平方成正比例，因此对光的振幅调制也 就是对光强的调制。 3. 调制的目的：对所需处理的信号或被传输的信息 做某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测。
3、强度调制
强度调制由于具有易于实现，无解调失真等优点，因而 是人们大量使用的一种调制方法。
设调制信号为f (q ), 则调制后光强为： I = kf (q ) 可见能实现不失真解调。
• 振幅调制和强度调制的一个共同缺点就是易受到 干扰，如光源的漂移，传输信道的漂移等都可能 使光强发生变化，从而使信号受到干扰。 • 一种行之有效的方法就是所谓的二次调制，即先 将欲传递的信号调制成与振幅无关的形式，如频 率，脉冲等，然后再用这种经过预调制的信号对 光载波进行强度调制，这样所传递的信息便与光 强无关，从而大大提高了其抗干扰性。 • 另一种抑制光源波动影响的方法是设置参考通道， 从参考通道中提取波动（或漂移）的信息，再从 主信道中予以扣除。
几种电光调制器的基本结构图 a) 克尔盒 b) 纵调的普克耳盒
• 当不给克尔盒加电压时， 盒中的介质是透明的， 各向同性的.非偏振光 经过P后变为振动方向 平行P光轴平面的偏振 光。通过克尔盒时不改 变振动方向。到达Q时， 因光的振动方向垂直于 Q光轴而被阻挡（P、 Q分别为起偏器和检偏 器，安装时，它们的光 轴彼此垂直。），所以 Q没有光输出；
I∝A2＝E2sin2(φ/2) φ＝2πklU 2 / λ d 2
克尔效应的时间响应特别快，可跟得上1010Hz的 电压变化，因此可用它来作高速的电光开关。如 果加到克尔盒上的电压是由其它物理量转换来的 调制信号，克尔盒的光输出就要随着信号电压而 变化，这时克尔盒就是电光调制器。 克尔盒中所用的介质，多数都是液体，但也有少 数固体，如铌酸钽钾和钛酸钡晶体等。半波电压 一般为数千伏。
外调制：
外调制方式
现代调制方式
现代调制器的工作基础是物质对外来作 用产生的各种物理效应，例如，电光效 应、声光效应、磁光效应等，本章将介 绍这三种调制器件中的电光调制。
第三部分 3.1 电光调制器的原理 • 电光调制器最重要的部分是电光晶体。电光晶 体放在两片正交偏振片之间。当光通过时，加 在晶体上的交变电压使折射率发生变化，通过 晶体的偏振光发生相位差，引起出射光强度变 化。这样，只要将电信号加到电光晶体上，光 便被调制成载有信息的调制光。 • 光在晶体中传播的性质可用折射率椭球来描述， 电场对光学介质的影响，是电场使介质的折射 率椭球主轴方向和大小发生变化。
•电光晶体
在电场作用下，某些晶体的折射率会发生变 化，利用这种性质，可对入射到晶体中的光束 的强度、相位以及光束的出射方向进行控制， 此种晶体称为电光晶体。
§1-4 电光调制器件
• 电光效应：是指某些介质的折射率在外加电 场的作用下而发生变化的一种现象。一般可 以表示成如下形式：
1 D ( 2 )=aE+bE 2 n
• 设自然光经过P后所产生的平 面偏振光为 ：EM＝Esinωt 由于此光的传播方向垂直于 介质光轴，所以，它通过介 质时产生双折射。但是，这 个光的o光和e光在介质中的 折射率不同，而且o光的振动 方向垂直于主截面（光轴与 光线所构成的平面），e光的 振动方向在主截面内，所以， o光和e光在介质中的传播速 度不同。
由于发光强度I正比于振幅的平方，则有 I∝A2＝E2sin2(φ/2) 此式对于克尔盒和普克耳盒都适用，其中的φ随着盒中介 质的不同而不同。
对于具有克尔效应的介质，理论分析指出，o、e光通过 厚度为l的介质后，所产生的相位差为
φ＝2πklU 2 / λ d 2 式中，k称为克尔系数，与介质种类有关；U为加到克尔 盒两电极板上的电压；d为两电极板间的距离。可见，克 尔盒中φ与U的平方成线性关系。
现作如下的讨论： 1）如果U=0，则φ=0，I=0。这是不给克尔盒加电压，Q无 光输出时的情形。 2）如果 U =d (λ/ 2kl) 1/2，则φ＝π，I∝E2。这是给克尔盒 加电压，而所加的电压又满足上式的情形，这时o、e光的 相位差为φ＝π，Q有最大的光输出。o、e光相位差等于π， 相应的光程差为λ/2，即(ne-no)l=λ/2。这时克尔盒的作用， 相当于一个1/2波片。所以，将满足这一条件的电压称为半 波电压，记以Uλ/2或Uπ。 3）如果0＜U＜Uλ/2，则0＜φ＜π，I∝E2sin2(φ/2)。这即是 介于以上二者之间的情形。Q将因φ的不同而要阻挡一部分 光，Q的光输出，将是以φ/2为参量，按正弦平方的规律变
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。
5、脉冲编码调制（数字式调制）
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。
线性电光效应
二次电光效应
（克尔效应） （普克耳效应/一次电光效 应）） a,b为电光系数，它们由材料的晶格结构决定。
普克尔效应
•指折射率的变化与外加场强成正比（如压电 晶体）， 由德国晶体物理学家普克尔斯（F. Pockels）于1893年首先预期，后来在石英等 晶体得到证实。故又称为普克尔斯效应 。
当o、e光达到Q时，只有平行于Q光轴N的分量能 通过，垂直于N的分量则被阻挡。所以，通过Q的光 为 ExN＝-Exlsinβ EyN＝Eylcosβ EN＝ExN+EyN＝E[sin(ωt+φ)cosαcosβsinωtsinαsinβ]
可以证明，P与Q的设置，当α＝β＝π/4时 输出最强，此时上式变为 ENm＝Esin(φ/2)cos(ωt+φ/2) ＝Acos(ωt+φ/2) 式中，A＝Esin(φ/2)为通过检偏器Q的光振 动的振幅。
第二部分
将信息加载到光波上有许多方法，依加载位置分 类可分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱 动电源；另一类是直接对光波进行调制。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。
2.1 光的内调制(直接调制)
· 把承载信息的电信号作为驱动电流直接施加在激光器
上，在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激
• 这两种光在介质的输入端是同 相的，而通过一定厚度的介质 达到输出端时，将要有一定的 相位差。因此，o光和e光在介 质输出端的表达式为： e光：Exl＝Esinωtsinα o光：Eyl＝Esin(ωt+φ)cosα 式中，下标l代表介质厚度，φ 代表o、e光通过厚度为l的介质 后所产生的相位差。
• Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、 外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克 尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的 光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对 光的调制。
• 右图示出几个偏振量的方位 关系，其中，光的传播方向 平行于z轴（垂直于屏幕向 里）； • M和N分别为起偏器P和检偏 器Q的光轴方向，二者彼此 垂直； • α为M与y轴的夹角，β为N与y 轴的夹角，α+β＝π/2； • 外电场使克尔盒中电光介质 产生的光轴方向平行于x轴； 对前图a而言的几个量的方位关系图 • o光垂直于xz面，e光在xz面 内。
2
对空间一固定点则有： E(t ) = E(0) f (q )sin(wc t +f 0 )
由此可见，即使能够对振幅进行线性调制， 解调出来的信号已变成二次函数，除非在 调制前先将欲传递的信息q进行预处理， 使其具有如下形式：
f (q ) = k q
1 ' 2
这样经调制后方能得到真实的原始信息。
• 在振幅调制时，若调制信号为具有周期性 结构的时变信号，则解调出来的信号将包 含有谐波成分，形成干扰和失真，这一点 尤其要注意。
第一部分
●1.1各种调制方法的原理分析
光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及强度调 制等。
1、振幅调制（AM）
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， 定义： 简称调幅。 载波信号：
调制信号：
调幅波为：
三角关系展开
图1-1 调幅波频谱
（前提：不考虑偏振）： •调制前: E( z , t ) = E( z)sin(wc t +f 0 ) •调制后：E( z , t )=E( z) f (q )sin(wc t +f 0 ) •光强：I = I 0 f (q ) q代表欲传递的信息如压力，温度等, f (q )为调制信号
光发 射机
→
光学 信道
→
光接 收机
光电系统基本模型
主动式光电系统基本模型
接 光 光 光 受 检 电 光 → 调 → 学 → 透→ → 测 探 源 制 信 镜 电 测 器 道 路 系 器 统 光发射机 光接收机
第一部分
●1.1 各种调制方法的原理分析 （以振幅调制为例）
第二部分 ●2.1 光源直接调制 ●2.2 光源外部调制 第三部分 ●3.1 三种常用的调制器件（以电光调制为例）
概述
对于光电子系统，无论其具体结构如何，都有 一个共同的特点——利用光来传递信息。所谓光 波的调制就是将欲传递的信息加载到光波上的过 程。 光载波由于其频率极高 Hz，可能达到的有效 10 10 带宽大约为射频段的 倍，因此光载波所能携带 的信息量远高于无线电波，且利用光来传递信息 具有极高的保密性、抗干扰性。
• 给克尔盒加以电压时， 盒中的介质则因有外电 场的作用而具有单轴晶 体的光学性质，光轴的 方向平行于电场。这时 ，通过它的平面偏振光 则改变其振动方向。所 以，经过起偏器P产生 的平面偏振光，通过克 尔盒后，振动方向就不 再与Q光轴垂直，而是 在Q光轴方向上有光振 动的分量，所以，此时 Q就有光输出了。