电光调制技术
电光调制器
电光调制器简介电光调制器（Electro-Optic Modulator，EOM）是一种利用外加电场改变光的折射率而实现光信号调制的器件。
其主要应用于光通信、光纤传感和光学仪器中。
本文将介绍电光调制器的工作原理、分类、应用以及未来发展方向。
工作原理电光调制器利用光学材料的Pockels效应实现调制光信号的功能。
Pockels效应是指在某些晶体中，当施加外加电场时，晶体的折射率发生变化。
其基本原理是通过施加电场，改变光传输介质中的折射率，从而实现光信号的调制。
一般而言，电光调制器由电光晶体和电极两部分组成。
电光晶体通常选用具有Pockels效应的非线性晶体，如锂铌酸锂（LiNbO3）、锂钼酸锂（LiMoO3）等。
当电压施加到电光晶体上时，电场会改变晶体中的分子极化状态，从而改变光的传播速度和方向，从而实现对光信号的调制。
分类根据工作原理和结构的不同，电光调制器可以分为以下几类：平面型电光调制器平面型电光调制器是一种常见的电光调制器。
其结构由一个电光晶体块和两个电极构成。
光信号通过电光晶体传播时，施加在电极上的电场会改变光的折射率，从而实现对光信号的调制。
波导型电光调制器波导型电光调制器是基于光波导结构的一种调制器。
其结构由光波导和电极构成。
光信号通过光波导传播时，在电极的作用下，调制电场会改变光波导中的折射率，从而实现对光信号的调制。
由于电场仅在波导中传播，波导型电光调制器具有较高的调制速度和较低的驱动电压。
光纤型电光调制器光纤型电光调制器是将电光晶体直接集成在光纤中的一种调制器。
其结构由光纤和电光晶体构成。
光信号在光纤中传播时，施加在电光晶体上的电场会改变光纤中的折射率，从而实现对光信号的调制。
光纤型电光调制器具有体积小、集成度高的特点。
应用电光调制器作为光通信、光纤传感和光学仪器中的关键设备，具有广泛的应用。
光通信电光调制器在光通信系统中用于调制和解调光信号。
其高速调制特性使其成为光纤通信中的关键器件。
电光调制的原理和应用
电光调制的原理和应用1. 介绍电光调制是一种利用电场对光信号实现调制的技术。
通过改变电场的强弱或方向，可以实现对光信号的调制，从而实现光通信、光存储、光显示等应用。
2. 原理电光调制的原理是利用光电效应和压电效应。
光电效应是指光照射到物质上，使得物质中的自由电荷发生移动的现象。
压电效应是指当某些晶体材料被施加电场时，晶体会发生形变。
电光调制的原理主要有两种：2.1 线性调制线性调制是利用电场的强弱来控制光信号的强度。
当电场施加在光调制器件上时，光电效应使得光子与电子发生能量转换，从而改变光的强度。
线性调制常用于光通信中的调制技术。
2.2 相位调制相位调制是利用电场的变化来控制光信号的相位。
通过改变电场的方向或者频率，可以改变光的相位，进而改变光波的传播速度。
相位调制常用于光存储和光显示等应用中。
3. 应用电光调制技术在光通信、光存储、光显示等领域有着广泛的应用。
3.1 光通信电光调制技术在光通信中起到至关重要的作用。
光通信使用光信号来传输信息，而电光调制技术实现了对光信号的调制和解调。
通过调制光信号的强度或相位，可以实现高速、高带宽的光通信。
3.2 光存储电光调制技术在光存储中也有广泛的应用。
通过控制电场的强弱或方向，可以改变光信号的强度或相位，从而实现对光信号的存储和读取。
光存储技术具有容量大、读写速度快等优点，在数据存储领域具有广泛的应用前景。
3.3 光显示电光调制技术在光显示领域也得到了广泛的应用。
通过调制光信号的强度或相位，可以改变光的亮度、颜色等，实现高质量的光显示。
光显示技术在电子产品、平板显示器等领域有着广泛的应用。
4. 总结电光调制技术通过利用光电效应和压电效应，实现对光信号的调制和解调。
通过调制光信号的强度或相位，电光调制技术在光通信、光存储、光显示等领域有着重要的应用。
随着光通信和光存储等技术的快速发展，电光调制技术将继续发挥着重要作用，并在未来的光电子领域中发展出更多的应用。
电光调制
当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象称为电光效应。
电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间，可以在高速摄影中用做快门或在光速测量中用做光束斩波器等。
在激光出现以后，电光效应的研究和应用得到迅速发展，电光器件被广泛应用在激光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
本文提出的电光调制系统就是基于晶体的电光效应验证电光调制原理。
1 电光调制原理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。
电场方向与光的传播方向平行，称为纵向电光调制；电场方向与光的传播方向垂直，称为横向电光调制。
横向电光调制的优点是半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛。
本电光调制系统是以铌酸锂晶体的横向调制为例。
图1是一种横向电光调制的示意图。
沿z方向加电场，通光方向沿感应主轴y′方向，经起偏器后光的振动方向与z轴的夹角为45°。
光进入晶体后，将分解为沿x′和z方向振动的两个分量，两者之间的折射率之差为。
假定通光方向上晶体长度为l，厚度为d(即两极间的距离)，则外加电压为V=Ezd时，从晶体出射的两束光的相位差为：由式(1)可以看出，只要晶体和通光波长λ确定之后，相位差△φ的大小取决于外加电压V，改变外加电压V就能使相位差△φ随电压V成比例变化。
通常使用的电光晶体的主要特性之一是采用半波电压米表征(当两光波间的相位差△φ为π弧度时所需要的外加电压称为半波电压)。
2 电光调制系统总体设计基于电光调制原理设计出此电光调制系统，用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通信与物理的实验研究。
电光调制系统结构见图2。
2.1 工作原理激光器电源供给激光器正常工作的电压，确保激光器稳定工作。
由激光器产生的激光经起偏器后成线偏振光。
线偏振光通过电光晶体的同时，给电光晶体外加一个电压，此电压就是需要调制的信号。
电光调制实验报告
电光调制实验报告电光调制实验报告引言电光调制是一种利用电场对光进行调制的技术，广泛应用于通信、光学传感和光学信息处理等领域。
本实验旨在通过搭建电光调制实验装置，探究电场对光的调制效果，并分析其应用前景。
实验装置本次实验所使用的电光调制实验装置包括：光源、偏振器、电光调制器、光电探测器和示波器。
其中，光源发出的光经过偏振器后，进入电光调制器，在电场的作用下发生相位差变化，最后通过光电探测器转化为电信号，再经示波器显示出来。
实验步骤1. 将光源、偏振器、电光调制器、光电探测器和示波器依次连接起来，确保电路连接正确。
2. 调整偏振器的角度，使得光通过电光调制器时，其电场与电光调制器的极化方向垂直。
3. 打开光源和示波器，调节示波器的参数，观察示波器上的波形变化。
4. 改变电光调制器的电压，观察示波器上的波形变化，并记录下来。
5. 重复步骤4，但同时改变偏振器的角度，观察示波器上的波形变化，并记录下来。
实验结果与讨论通过实验观察和记录，我们可以得到以下结论和讨论：1. 电场对光的调制效果：随着电光调制器电压的增加，示波器上的波形振幅逐渐增大，说明电场对光的幅度进行了调制。
这说明电光调制器能够通过改变电场的强度来调制光的强度。
2. 电场对光的相位调制效果：通过改变电光调制器的电压和偏振器的角度，我们可以观察到示波器上的波形发生相位差的变化。
这说明电光调制器能够通过改变电场的强度和方向来调制光的相位。
3. 电光调制器的应用前景：电光调制技术在通信领域有着广泛的应用前景。
通过调制光的幅度和相位，可以实现光信号的调制和解调，从而实现高速、大容量的光通信。
此外，电光调制器还可以用于光学传感和光学信息处理等领域，提高系统的灵敏度和可靠性。
结论通过电光调制实验，我们深入了解了电场对光的调制效果，并探讨了其应用前景。
电光调制技术在通信、光学传感和光学信息处理等领域具有重要的应用价值，为实现高速、大容量的光通信提供了有力支持。
电光调制原理
电光调制原理电光调制是指利用电信号控制光的强度、相位或频率的过程，是现代光通信和光电子技术中的重要组成部分。
在光通信系统中，电光调制器是将电信号转换为光信号的关键器件之一，其原理和工作机制对于光通信系统的性能至关重要。
电光调制原理的核心是利用半导体材料的光电效应来实现。
当半导体材料受到外界电场的作用时，会发生光电效应，即电场会改变材料的折射率和吸收系数，从而影响光的传播特性。
利用这一特性，可以通过调节电场的强度来控制光的强度或相位，实现电光调制。
在光通信系统中，常用的电光调制器包括直接调制器和外调制器两种类型。
直接调制器是利用半导体激光器自身的电光调制特性，将电信号直接作用于激光器，通过改变激光器的电流来实现光强度的调制。
外调制器则是将电信号作用于外部调制器件，如Mach-Zehnder调制器或LiNbO3调制器，通过调节外部器件的光学特性来实现光信号的调制。
无论是直接调制器还是外调制器，其基本原理都是利用电场控制光的传播特性，从而实现电信号到光信号的转换。
在实际应用中，电光调制器的性能直接影响着光通信系统的传输速率、信噪比和功耗等重要指标。
因此，研究和优化电光调制器的原理和结构对于提高光通信系统的性能具有重要意义。
除了在光通信系统中的应用，电光调制原理也在光电子技术领域有着广泛的应用。
例如，在光纤传感、光学成像和光学信息处理等领域，都需要利用电光调制器实现对光信号的调控和处理，从而实现各种光电子功能。
总之，电光调制原理是光通信和光电子技术中的重要基础，其原理和应用对于推动光电子技术的发展具有重要意义。
随着光通信和光电子技术的不断发展，电光调制原理的研究和应用也将会得到进一步的深化和拓展，为实现更高速、更稳定的光通信系统和光电子设备提供重要支撑。
电光调制原理
电光调制原理电光调制是一种利用电场调制光的强度的技术，它在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。
电光调制原理是指利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。
电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。
本文将从电光调制原理的基本概念、工作原理和应用领域等方面进行介绍。
电光调制原理的基本概念。
电光调制原理是利用外加电场改变介质的折射率，从而改变光的传播性质。
在电光调制器件中，通过外加电场使介质的折射率发生变化，进而改变光的相位和强度。
一般来说，电光调制器件采用的是电光效应，即在外加电场的作用下，介质的折射率会发生变化。
这种原理使得光信号能够被电信号控制，从而实现光信号的调制。
电光调制原理的工作原理。
电光调制器件一般采用的是电光效应，其中最常见的是Kerr效应和Pockels效应。
Kerr效应是指在介质中加入电场后，介质的折射率与电场的平方成正比而改变，这种效应通常用于强光的调制。
Pockels效应是指在晶体中加入电场后，晶体的折射率与电场成线性关系而改变，这种效应通常用于弱光的调制。
通过这些电光效应，可以实现对光信号的调制，从而实现光通信、光传感等应用。
电光调制原理的应用领域。
电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。
在光通信中，电光调制器件可以实现光信号的调制和解调，从而实现光通信系统中的信号传输和处理。
在光传感中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现对光信号的探测和测量。
在光调制器件中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现光调制器件的功能。
总结。
电光调制原理是利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。
电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。
电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用，可以实现光信号的调制和解调，光信号的探测和测量，以及光调制器件的功能。
电光调制实验
电光调制实验电光调制实验是一种基于光及电的实验，主要是利用外加电场对光的介质介电常数及折射率发生变化的特性，从而实现对光的调制，达到信息传输的目的。
本文将对电光调制实验的原理、实验过程、实验结果以及应用进行详细介绍。
一、实验原理电光调制实验的基本原理是电-光双向转换。
光通过透明的介质之后会导致光的相位差，从而产生偏振旋转。
当外加电场时，通过电光效应，电场可以改变介质的折射率和吸收系数，从而影响光的速度和偏振方向。
在调制过程中，可以控制电场的强度和方向，从而实现光信号的编码、传输和解码。
二、实验材料实验材料主要包括：1.激光器2.半波片3.光偏振器4.电光晶体5.电源6.光探测器三、实验过程在实验开始前，首先将激光器打开并调节其输出功率，以保证激光器的正常工作。
2.半波片和光偏振器的使用。
将半波片和光偏振器连接在激光器的输出端上，并根据需要调整偏振方向和入射角度。
将电光晶体固定在一个平台上，将光束通过电光晶体，并调整电光晶体的入射角度以使其与光束共面。
4.电源的使用。
将电源连接到电光晶体上，并根据需要调整电场的强度和方向。
将光探测器放置在光束的另一端，并记录光信号的强度、频率和相位。
四、实验结果通过电光调制实验，研究者可以获得以下结果：1.光信号的编码和解码。
通过电光调制实验，可以将信息编码成光的信号并传输，然后通过解码技术将信息从光信号中提取出来。
2.光调制的幅度、相位和频率。
通过电光调制实验，可以通过调节电场的强度和方向来改变光的幅度、相位和频率，从而实现对光信号的调制。
3.光传输的性能。
通过电光调制实验，可以研究光传输的性能，包括传输距离、传输带宽、光损耗等特性。
这些研究能够指导光通讯技术的应用和发展。
五、应用电光调制实验的应用非常广泛。
一些典型的应用包括：1.光通讯。
2.光储存。
在光储存中，电光调制技术也是非常重要的。
通过电光调制实验，可以实现将信息储存在光中，然后可以随时读取出来。
3.光计算。
电光调制的原理及应用视频
电光调制的原理及应用视频1. 电光调制的概述电光调制（Electro-Optic Modulation）是一种通过控制电场来改变光的特性的技术。
它是将电信号转换为光信号或调制光信号的重要方法。
本文将介绍电光调制的原理及其在不同领域中的应用。
2. 电光调制的原理电光调制是利用光的线性透明性质和电场的控制能力来实现的。
电光调制一般基于光的折射率随电场的变化而变化的原理，通过电场的变化来控制光的相位、强度或偏振状态。
电光调制的原理可以通过以下步骤来解释： - 第一步：光获得电场的影响。
-第二步：光的折射率随电场的变化而变化。
- 第三步：通过电场的变化控制光的特性，如相位、强度或偏振状态。
3. 电光调制的类型在电光调制中常见的几种类型包括： - 干涉型电光调制：利用电场对介质的折射率进行调制，通过干涉效应实现调制。
- 折射型电光调制：利用电场对光的折射率进行调制，通过光在介质中的传播路径的改变达到调制的目的。
- 偏振型电光调制：利用电场对光的偏振状态进行调制，通过改变入射光的偏振方向实现调制。
4. 电光调制的应用电光调制在通信、激光技术、成像技术等领域都有广泛的应用。
下面介绍其中几个应用领域。
4.1 光通信光通信是基于光波传输信息的通信技术。
电光调制被广泛应用于光通信系统中，用于将电信号转换为光信号，实现高速、大容量的信息传输。
通过控制电场，可以实现光信号的调制和解调，提高光通信系统的性能。
4.2 光纤传感光纤传感是利用光的特性进行传感的技术。
电光调制可以对光信号进行调制，从而改变光信号在光纤中的传输特性。
利用电光调制技术，可以实现光纤传感器的灵敏度调节和传感范围的扩展。
4.3 光学成像电光调制在光学成像技术中也有重要应用。
通过控制电场来调制光的相位或强度，可以实现光学成像系统的分辨率提高和图像质量的改善。
电光调制在光学显微镜、光学相机等设备中起到关键作用。
4.4 激光技术激光技术是利用受激辐射产生的激光光束进行科学研究和应用的技术。
电光调制原理
电光调制原理
电光调制是一种利用电场对光信号进行调制的技术。
其原理基于光电效应，即光的能量可以被光敏电荷器件转化为电荷。
在电光调制中，光信号通过一个光电调制器件（例如光电二极管或光电晶体管）传递，该器件的特性是能够根据所加电压的变化，调整晶体中的折射率。
当没有电场作用于器件时，光信号穿过器件而不受到影响。
但是，当电场施加于器件上时，器件中的折射率发生变化，从而改变通过该器件传输的光信号的相位或幅度。
通过改变施加在电光调制器件上的电场，可以实现对光信号的调制。
常见的电光调制技术包括振幅调制（AM）和相位调制（PM）。
在振幅调制中，电场的变化导致通过器件传输的光信号的幅度变化，从而改变光信号的强度。
这种调制技术常用于光通信中的调制解调器。
在相位调制中，电场的变化导致通过器件传输的光信号的相位变化，从而改变光信号的波形。
这种调制技术常用于激光器控制和光纤通信中。
总而言之，电光调制利用光电效应和光电调制器件，通过改变电场来调制光信号的幅度或相位，从而实现光信号的调制和控制。
光电子技术 电光调制
本章内容： §3.1光束调制原理 §3.3 声光调制 §3.5 直接调制
§3.2 电光调制 §3.4 磁光调制 §3.6 光束扫描技术
本章要求： 1 了解光调制的一般概念. 2 掌握各种调制与扫描的原理与特点.(重点与难
点)
§3.2电光调制
一、电光强度调制 利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强 度调制。
2
m
2
si n m t )
1 [1 sin( sin t)]
2
m
m
(3 19)
§3.2电光调制
T
sin2
4
m
2
si n m t
1
cos(
2
m
2
si n m t )
1 [1 sin( sin t)]
2
m
m
(3 19)
可证（P79）, 若
m
Vm V
1rad
(3 - 22)
（3-19）式可表示成线性关系：
1 纵向电光调制器及其工作原理
x
P1
Ii
z
y
x y
L
起偏器
~
/4波片
V
图3-4 纵向电光强度调制
P2
调制光 Io
检偏器
§3.2电光调制
x
P1
Ii
z y
L
x y
起偏器
~
/4波片
V
设通过起偏器P1后的偏振光振幅为Ex
刚进入晶体（z=0）被分解为沿x和y
方向的两个分量，其振幅和相位都相
同，分别为:
Ex (0)
L
调制光
~V
电光调制实验报告小结
电光调制实验报告小结引言电光调制是一种利用电场来调制光的相位和强度的技术，在通信领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过搭建电光调制系统并进行实验验证，探究电场对光调制的影响，实验结果对理解和应用电光调制技术具有重要意义。
实验方法1. 实验材料：激光器、调制器、接收器、电源等。
2. 搭建电光调制系统：将激光器的输出光传入调制器中，通过调制器内的电场对光进行调制，调制完的光被接收器接收。
3. 测量和记录实验数据：测量接收器接收到的光强，并记录输入的电场强度。
实验结果分析实验1：电场对光强的影响在电场未加之前，接收器检测到的光强为I0。
在电场加上不同的电压后，记录对应的光强I，并计算光强的变化率ΔI/I0。
实验结果如下：电场强度(V/m) 光强变化率ΔI/I0-0 0100 0.2200 0.4300 0.6400 0.8500 1从实验结果可以看出，电场的增大对光强的调制效果逐渐增强。
当电场为0时，光强不受到电场的影响；当电场增加到500 V/m时，光强变为原来的2倍，光强的调制效果达到最大。
实验2：电场对光相位的影响在电场未加之前，激光器的输出相位作为参考相位。
在电场加上不同的电压后，测量和记录光的相位，并计算相位的偏移Δφ。
实验结果如下：电场强度(V/m) 相位偏移Δφ-0 0100 0.2π200 0.4π300 0.6π400 0.8π500 π从实验结果可以看出，电场的增大对光相位的调制效果逐渐增强。
当电场为0时，光相位不受到电场的影响；当电场增加到500 V/m时，光相位经历了一个完整的π的偏移。
实验3：光强和相位的联合调制效果通过同时加上电场和光的相位调制器，记录不同电场强度下的光强和相位变化情况。
实验结果如下：电场强度(V/m) 相位偏移Δφ光强变化率ΔI/I0-0 0 0100 0.2π0.2200 0.4π0.4300 0.6π0.6400 0.8π0.8500 π 1从实验结果可以看出，电场和光的相位调制器的联合调制效果是光强和相位调制的叠加效果。
电光调制的原理设计及应用
电光调制的原理设计及应用简介电光调制是指通过外加电场对光信号进行调制的技术。
它在通信、显像、测量等领域具有重要的应用。
本文将介绍电光调制的原理设计及其在不同应用中的应用。
电光调制的原理设计电光调制的原理设计主要包括以下几个方面：1. 电光效应电光效应是指在一些特定材料中，施加电场会引起电子和原子的运动，从而影响光的传播。
电光效应的原理可以通过一种叫做Kerr效应的现象来解释，即当光线通过具有非线性光学特性的介质时，介质的折射率会随着电场的变化而发生变化。
这种变化可以被利用来对光信号进行调制。
2. 电光调制器电光调制器是实现电光调制的关键设备。
它通常由一个电光晶体和两个偏振器组成。
电光晶体可以通过施加电场改变其光学特性，其中最常用的晶体材料包括锂铌酸锂（LiNbO3）和硅基二极管（Si Mach-Zehnder）。
两个偏振器用于控制光的传播方向和强度，从而实现调制。
3. 调制技术电光调制可以采用不同的调制技术，包括强度调制、相位调制和频率调制。
强度调制是指通过改变光的强度来实现信号调制，相位调制是指通过改变光的相位来实现信号调制，而频率调制是指通过改变光的频率来实现信号调制。
根据不同的应用需求，可以选择适合的调制技术。
电光调制在通信领域的应用电光调制在通信领域具有广泛的应用，特别是在光纤通信中。
1.光纤通信系统光纤通信系统是目前最主要的通信方式之一，而电光调制则是光纤通信中信号调制的关键步骤。
通过电光调制，可以将电子信号转换为光信号，通过光纤传输并最终转换回电子信号。
这种方式具有传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优势。
2.高速数据传输电光调制可以实现高速数据传输，特别适用于需要大容量、高速传输的应用场景。
其原理是通过调制光信号的强度、相位或频率来表示二进制数据。
在高速网络、数据中心等领域，电光调制可以实现快速、可靠的数据传输。
电光调制在显像领域的应用除了通信领域，电光调制也在显像领域中发挥着重要的作用。
3.2 电光调制
怎么来的？
3 2 n 63 0
33
一、强度调制
1. 纵向电光调制
V 1 V T sin ( ) [ 1 cos ]
2
2 V
2
V
T (%)
T称为调制器的透过率。从而
可以画出光强调制特性曲线。
0 V
32
一、强度调制
1. 纵向电光调制 在一般情况下，输出的光强和调制电压并不是线性关系－波形失真。
Vm sinωmt 是外加调制信号电压。
27
一、强度调制
把
V m sin t sin t m m m 2 V 2
1. 纵向电光调制
代入到调制的透过率中
T
I 2 1 m T sin ( sin t ) [ 1 sin( sin t )] m m m I 42 2 i
利用贝塞尔函数恒等式展开
I 2 sin ( ) Ii 2
1 cos 2 x 2 sin x 2
sin( sin t ) 2 J ( ) sin ( 2 n 1 ) t m m 2 n m 1 m
n 1
26
一、强度调制
1. 纵向电光调制 得
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
电光调制 周自刚
本讲主要内容
纵向电光调制
一、强度调制
横向电光调制
二、相位调制
40
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，这种现象称为电光效应。 泡克耳斯效应（Pockels)：平面偏振光沿着处 在外电场内的压电晶体的光轴传播时发生双折射现 象，且两个主折射率之差与外电场强度成正比的电 1. 纵向电光调制 将出射光强与入射光强相比，得：
第5章 光调制技术
1. 纵向电光调制（通光方向与电场方向一致） 通光方向与电场方向一致）
x P1 Ii 入射光 L Io 起偏器
~V
z y x′ y′
P2 调制光
λ/4波片 /4波片
检偏器
纵向电光强度调制
电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器P1的偏振方向 平行于电光晶体的x轴，检偏器P2的偏振方向平行于y轴，当沿晶体z轴方向加 电场后，它们将旋转45o变为感应主轴x’,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(z=0)被分解为沿x’和y’方向的两个分 量(双折射效应)，两个振幅(等于入射光振幅的1/ 2 ）和相位都相等．分别为：
一、电光强度调制 电光调制是基于线性电光效应（泡克耳斯效应） 电光调制是基于线性电光效应（泡克耳斯效应）即 光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。 光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。
当一束光通过晶体之后， 当一束光通过晶体之后，可以使一个随时间变化的电信号 转换成光信号， 光波的强度或相位变化来体现要传递的 转换成光信号，由光波的强度或相位变化来体现要传递的 信息，这种情况主要应用于光通信、光开关等领域。 信息，这种情况主要应用于光通信、光开关等领域。 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。电场方向与光的传播方 可分为纵向调制和横向调制。 向平行，称为纵向电光调制； 向平行，称为纵向电光调制；电场方向与光的传播方向垂 纵向电光调制 直，称为横向电光调制。 称为横向电光调制。
两个新主轴为
、
平面内x、 轴转过45°的方向上。对应的三个主折射率为： ，在z=0平面内 、y 轴转过 °的方向上。对应的三个主折射率为： 平面内
1.2 电光调制
获得线性调制的方法
1,在调制晶体上除了施加信号电压外,再附加一个Vλ/4的 固定偏压;
• 缺点,增加电路的复杂性,工作点的稳定性也差
2,在调制器的光路上插入一个1/4波片,其快慢轴与晶 体主轴X成45角,从而使Ex′﹑Ey′二分量间产生π/2的固定 位相差.
总的相位差： ∆ϕ = 调制器的透过率： T =
π
2
+π
I π ∆ϕm = sin 2 [ + sin ωm t ] Ii 4 2
Vm π sin ω m t = + ∆ϕ m sin ω m t Vπ 2
1 = [1 + sin(∆ϕm sin ωm t )] 2 1 ∞ = + ∑ J 2 n +1 (∆ϕm )sin[(2n + 1)ωm t ] 2 n=0
由此可见,一般情况下,调制器的输出特性与外加电压的 关系是非线性的.
(1)当晶体加以直流电压VD 时：out = I in sin 2 π VD I
2Vπ
Iout/Iin和VD 的曲线不 是线性关系，易发生 畸变,在Vπ/2附近有一 段近似线性部分，波 形畸变小。
电光调制特性曲线
电场→晶体束缚电荷重新分布→介电常数变化 →晶体离子晶格微小形变→
n = n0 + γ E + hE + L
2
∆n = n − n0
γ,h为常数
线性电光效应,泡克耳斯(Pockels)效应 二次电光效应,克尔(Kerr)效应
1、电致折射率变化（折射率椭球）
x2 y2 z 2 未加电场： + + = 1 2 2 nx ny nz2
以KDP晶体为例：
电光调制ppt课件
实现线性调制的判据为
m 1rad
此时的透过率为
m
Vm V
1rad
T
I Io
1 2
[1
m
sin
mt ]
输出的强度调制波是调制信号的线性复现
20
电光调制的基本原理及公式推导-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的感应主轴（x'或y' ），此时入射晶体 的线偏振光不再分解成沿x’和y’ 两个分量，而是沿着x’或y’轴
KDP的纵向运用中 特性阻抗 Zm 与驱动功率Pdri
V
2n03 63
Z m 1/ c(1/ CC0 )1/ 2
式中：c为真空中的光速 C为电极每单位长度的电容 C0为用空气代替所有波导材料的电极每单位长度电容。
要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。
24
电光调制器的技术参数
x2 y2 z2 1 n12 n22 n32 1.x，y，z为介质的主轴方向，在晶体内沿着主轴方 向的电位移D和电场强度E是互相平行的； 2. n1、n2、n3为折射率椭球x，y和z方向的折射率(主折射率)。
折射率椭球方程可以描述光波在晶体中的传播特性。
3
电光调制的基本原理及公式推导
KDP为四方晶系，负单轴晶体，n1 n2 n0,n3 ne 电光张量为
其定义为：
L
10 10
lg(Imax lg(Iin /
/ Iin I max
) )
Imax Iin Iin Imax
30
电光调制器的技术参数
8．品质因数 品质因数即驱动电压与电极长度的乘积（ V L ）。
电光调制技术
T
I0 1 (1 m sin wm t ) Ii 2
ΔΦm<1
为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大，输出的光强调制波就 是调制信号U=UmsinWmt的线性复现，如果不满足 ΔΦm<1 ，那么调制波就要发生畸变 以上讨论的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。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
M-Z干涉仪式电光调制器
电光调制技术在激光通信中的应用
激光通信是以激光作为信息载体的通信。 激光通信的优点：通信容量大 保密性很强 抗干扰能力也很强 利用电光调制技术在自由空间进行激光 通信的系统，此系统是将被传输的信号 载到激光上，以大气为传播介质，在接 收地再将信号还原，完成被传输信号在 自由空间的光传输。
电光调制技术
电光调制的物理基础 电光效应 概念： 某些晶体在外加电场的作用下折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性受到影响而改变。 一次（线性）电光效应（普克尔斯效应） 电光效应
n=n0+aE+bE2
二次（非线性）电光效应（克尔电光效应）
电光晶体 KDP(KH2PO4）：是水溶液培养的一种人工晶体，由于它很容易生长成大块均匀晶体，在 0.2~1.5μm波长范围内透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，所以在光电子技术中有广泛的 应用。它的主要缺点是易潮解。 LINbO3：是单轴晶体，在0.4~5μm波长范围内透射率高达98%，光学均匀性好，不潮解，因 此在光电子技术中经常采用。它的主要缺点是光损伤阈值较低。
横向电光效应补偿方式
组合调制器
【1】将两块尺寸几乎完全相同的晶体 光轴互成90串接排列，即一块晶体的 y‘和z轴方别与另一块晶体的z轴和y'轴 平行
电光调制
I2 V 1 V ) [1+ sin( )] 透过率 T sin( + I1 4 4 V 2 2 V
获得线性调制：
通过引入一个固定的 /2相位延迟，使 调制器的电压偏臵在T=50%的工作点上。 方法一：在调制晶体上除了施加信号电 压外，附加一个U /2的固定偏压，但此 法会增加电路的复杂性，而且工作点的 稳定性也差。 方法二：在调制器的光路上插入一个1/4 波片，其快慢轴与晶体主轴x成45度。
选择不同工作点时的输出波形
IA
③ 工作点③ ② 工作点②
IA
① o
o
Uπ/2
Uπ
U
t
工作点①
t
选择工作点②(U＝U /2)时，输出波形最大且不失真。相位差在＝ /2或(U＝U /2 )附近时，光强IA与相位差(或电压U)呈线性关系，从 调制的实际意义上来说，电光调制器的工作点通常就选在该处附近。 选择工作点①(U＝0)或③ (U＝U)时，输出波形小且严重失真，同时 输出信号的频率为调制频率的两倍，即倍频现象。
线性电光效应。
电光调制原理简介
• 一束自然光通过空气射向某种媒质时 会发生反射线的方向遵从sin i/ sin r = n21 • 如果媒质的光学性质是各向异性的 (如方解石和石英晶体等) ,则媒质中 由于各部分折射率n 的不同将产生2 条折射光线,这两条折射光线分别叫 寻常光o 光和非寻常光e 光,这种现象 叫双折射，也叫自然双折射。
电光调制原理简介
纵向电光调制：电场与光的传播方向平行,
横向电光调制：电场与光的传播方向垂直
电光调制原理简介
电光调制系统的工作原理：由激光器发出的激光经起偏器P 后只透射光波中平行其透振方向的振动分量，当该偏振光IP垂 直于电光晶体的通光表面入射时，如将光束分解成两个线偏振 光，经过晶体后其X分量与Y分量的相差(U)，然后光束再经检 偏器A，产生光强为IA的出射光。当起偏器与检偏器的光轴正 交(AP)时，根据偏振原理可求得输出光强，从而可以绘制出 晶体特性曲线，并进一步计算出电光晶体的消光比和透射率。
电光调制的原理及应用实例
电光调制的原理及应用实例1. 什么是电光调制电光调制是指利用外加电场对材料的光学特性进行调节的过程。
通过改变材料的折射率或透射率，可以实现对光信号的调制。
2. 电光调制的原理电光调制的原理是利用介质在外加电场下的电光效应，通过调节电场的强度和方向，控制介质的折射率和透射率，从而实现对光信号的调制。
电光效应有两种类型：线性电光效应和非线性电光效应。
线性电光效应是指介质折射率的变化与电场强度的变化成正比。
非线性电光效应是指介质折射率的变化与电场强度的变化不成正比，存在非线性关系。
3. 电光调制的应用实例3.1 光通信光通信是电光调制的一种重要应用领域。
通过电光调制可以实现光信号的调制和解调，从而实现光通信系统中的数据传输。
光通信具有高带宽、低损耗等优点，在现代通信中得到广泛应用。
3.2 光纤传感光纤传感是利用光的散射、吸收等特性进行测量和监测的技术。
通过电光调制，可以实现对光信号的调制，从而对光纤传感过程中的光信号进行精确控制。
3.3 光频率调制光频率调制是将需要传输的电信号转换为对应的光信号频率变化，通过光的频率调制可以实现信号的传输和处理。
电光调制在光频率调制中起到了重要的作用。
3.4 光调制器光调制器是一种利用电光效应进行光信号调制的装置。
利用电光调制器可以改变光信号的幅度、相位和频率等参数，实现对光信号的精确调节。
4. 总结电光调制是利用外加电场对材料的光学特性进行调节的过程。
通过调节电场的强度和方向，可以控制介质的折射率和透射率，实现对光信号的调制。
电光调制在光通信、光纤传感、光频率调制等领域都有广泛的应用。
光调制器是利用电光效应进行光信号调制的装置，可以实现对光信号的精确调节。
通过电光调制的原理和应用实例的介绍，希望能对电光调制技术有更深入的了解。
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注意公式：
eix eix
cos x
,
2
sinx 1cosx
2
2
将出射光强与入射光强相比[(22)公式/ (21)公式]得：
TIo Ii
sin22sin22U U
(3)
2后020/一7/8步考虑了(4）式和(5)式的关系（见下页）。
4
φ φn x
φny -
2
Ln03r 63Ez
-
2
n03r 63U
E oA cco s ctk0 n o1 2n o 3r6 3E m sinm t L
略去式中相角的常数项，因为它对调制效果没有影响，则上
式可写成
E out A ccos tm sint
(39)
式中 m k0no32r63U,UEmL 称为相位调制系数。
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20
相位调制的频谱
2020/7/8
17
根据(37)式，当 时，半波电压为
d
U / 2
2n03r63
L
其中括号内的就是纵向电光效应的半被电压，所以
d
U/2 横 U/2 纵 L
可见，横向半波电压是纵向半波电压的d/L倍。减小d，增 加长度L可以降低半波电压。但是这种方法必须用两块晶体， 所以结构复杂，而且其尺寸加工要求极高。
1. 纵向电光调制（通光方向与电场方向一致）
x
P1 Ii
入射光
z
y
x y
L
P2 调制光 Io
起偏器
~
/4波片
检偏器
U
图4 纵向电光强度调制
电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏 器P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴，检偏器P2的偏振方向平 行于y轴，当沿晶体z轴方向加电场后，它们将旋转45o变为感应 主轴x’,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(z=0)被分解为沿x’和y’方向的两个分量， 20两20/7个/8 振幅(等于入射光振幅的 1/21/2）和相位都相等．分别为：2
Uλ/4 的固定偏压，但此法会增加电路的复杂性，而且工作 点的稳定性也差。
其二，在调制器的光路上插入一个1／4波片(图4)其快慢轴
与晶体主轴x成45o 角，从而使E x’和E y’二分量间产生 /2 的 固定相位差。于是，(25)式中的总相位差
2U U msinm t 2 m sinm t
式中，△φm = Um/U （相当于25式中的 △φ ）是相应于外 加调制信号最大电压Um的相位延迟。其中Um sinωmt 是外加 调制信号电压。
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。
常用的补偿方法有两种：一种方法是，将两块几何尺寸几
乎完全相同的晶体的光相互成90o串接排列，
§3 电光调制器的电学性能
渡越时间：
d
L (c / n)
激光通过长度为L的晶体所需时间。
对电光调制器来说，总是希望获得高的调制效率及满
足要求的调制带宽。
前面对电光调制的分析，均认为调制信号频率远远低
为了获得线性调制，必须将高次谐波控制在允许的范围内。
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设基频波和高次谐波的幅值分别为I1和I2n+1, 则高次谐 波与基频波成分的比值为
I2n1J2n1 m I1 J1 m
n0,1,2,
(9)
若取 m ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1
sin 2
2
U U
m
B
透射光强
时间
0
U/2
调制电压
U 电压
图5 电光调制特性曲线
若调制器工作在非线性部分,则调制光将发生畸变。
为了获得线性调制，可以通过引入一个固定的 ／2相位
延迟，使调制器的电压偏置在T＝50％的工作点上。常用的办
2法020/有7/8两种：
6
其一，在调制晶体上除了施加信号电压之外，再附加一个
以上讨论的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， 特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。
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2．横向电光调制（通光方向与电场方向垂直）
物理光学已经讲过，横向电光效应可以分为三种不同 的运用方式：
(1)沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x或y 轴成45o夹角(晶体为45o-z切割)。
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18
§2 电相位调制
图8所示的是一电光相位调制的原理图，它由起偏器和电光
晶体组成。起偏器的偏振方向平行于晶体的感应主轴x’(或y’)，
此时入射晶体的线偏振光不再分解成沿x’、y’两个分量，而是沿
着x’(或y’)轴一个方向偏振，故外电场不改变出射光的偏振状态，
仅改变其相位，相位的变化为
电光调制技术
§1 电强度调制
利用泡克耳斯效应实现电光调制可以分为两种情况。
一种是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的．但在 时间上是变化的．当一束光通过晶体之后，可以使一个随时间 变化的电信号转换成光信号，由光波的强度或相位变化来体现 要传递的信息，这种情况主要应用于光通信、光开关等领域。
一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布，形成 电场图像，即随X和y坐标变化的强度透过率或相位分布，但在 时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进行调制，在后 面202介0/7/绍8 的空间光调制器就属于这种情况。本节先讨论前一种情 1 况的电光强度调制。
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
23x 2 n e n o 1 2 n 0 3 r 6 3 E 3L
于是，通过两块晶体之后的总相位差
(36)
122n0 3r63Ud L
(37)
因此，若两块晶体的尺寸、性能及受外界影响完全相同，则 自然双折射的影响即可得到补偿。
相位调制的结果，总相位是时间的函数，也使光的频率变 化，频率是总相位角的导数。
t d d ttc m m c o sm t－ － 频 率 变 化
❖(1)当mΦ<<1时
E (t) A cc o sc t A csinc tm sinm t A cc o sc t 1 2 m A cc o s[(cm )t] 1 2 m A cc o s[(cm )t]
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15
即一块晶体的x’和z轴分别与另 -x’ 一块晶体的z轴和x’轴平行(见 图7(a))。
-x’
y’
y’
另一种方法是，两块晶体的z轴
和x’轴互相反向平行排列,中间 -x’ y’
y’
放置一块1／2 波片(见图7(b))。
-x’
这两种方法的补偿原理是相同
的。外电场沿z轴(光轴)方向，
但在两块晶体中电场相对于光
TIo Ii
12(1msinmt)
T
Io Ii
sin2
4
m
2
sinmt
1 2
1
sin
m
sinmt
由此也可得出以上同样的结论。所以为了获得线性调制，
要求调制信号不宜过大(小信号调制)，那么输出的光强调制
波就是调制信号U=Um sinωmt 的线性复现。如果△φm <<1rad 的条件不能满足(大信号调制)，则光强调制波就要发生畸变。
2n x n 3L 2 n 0 n eL 1 2 n 0 3 r 6 3 d L U
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(34) 13
由此可知，KDP晶体的r63 横向电光效应使光波通过晶体 后的相位差包括两项：
第一项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，这一项对调制器的工作没有什么贡献，而 且当晶体温度变化时，还会带来不利的影响，因此应设 法消除(补偿)掉；
第二项是外加电场作用产生的相位延迟，它与外加电压U 和晶体的尺寸(L／d)有关，若适当地选择晶体尺寸，则 可以降低其半波电压。
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14
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，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n0和ne的变化时，两光波的相位差 发生漂移。
(2)沿x方向加电场(即电场方向垂直于x光袖)，通光方向 垂宜于x轴，并与z轴成45o 夹角(晶体为45o -x切割)。
(3)沿y轴方向加电场，通光方向垂直于y轴，并与z轴成 45o夹角(晶体为45o -y切割）。 以下仅以KDP类晶体为代表讲述第一种运用方式。
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横向电光调制如图6所示。因为外加电场是沿z轴方向，因 此和纵向运用时一样，Ex=Ey=0, Ez=E，晶体的主轴 x, y 旋
x
c nxL
(38)
入射光
x z
y
L
调制光
偏振器
~
U
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图8 电光相位调制原理图
19
这里的 /2
因若为外光加波电c只场沿是x’方Ez向偏Em 振sin，相mt应, 在的晶折体射入率射nx面 (zn＝o 012)处no3的63E光3 。场 Ein Accost ，则输出光场(z＝L处)就变为
间就产生了一个相位差 ，则
E x’（L）= A
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E y’（L）= Aexp(-i )
3
那么，通过检偏器后的总电场强度是E x’(L)和E y’（L）在y方