电光调制器. 共42页
电光调制
电光调制电光调制四电光调制与光信模拟实验袁礼文10329073 光信02班C2组2013-03-13&20 一、实验目的通过实验操作以及数据进行分析,学习并掌握电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用，在此基础上进一步了解光通信系统的结构。
二、实验仪器晶体电光调制电源，铌酸锂（LiNbO3），He-Ne 激光器及可调电源，可旋转偏振片，格兰棱镜，光接收器，有源音响图三、实验原理1、电光调制的物理机制电光调制的物理基础是电光效应，目前已发现有两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率的变化量与外加电场强度的二次方成正比。
另一种是克尔效应，即折射率的变化量与外加电场强度的二次方成比例。
利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。
利用泡克耳斯制成的调制器称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。
泡克耳斯盒又有纵向调制器和横向调制器两种。
现以实验中使用的电光晶体DKDP （磷酸二氘钾）横向调制为例阐述电光调制的简单机理。
图2 电光调制器原理图原理图如上图所示，晶体位于两个正交的偏振器之间，起偏器 P 1的偏振方向平行于电光晶体的 Y 轴，光没晶体入射光的 X 轴方向加上电场后，它们将旋转 45°变成感应轴X ’、Y ’。
现在对晶体内部的偏振光传播进行讨论。
DKDP 是负单轴晶体，它的折射率椭球方程为：2221o o ex y z I I I ++=（1）其中 x 为光轴方向，在平行于光轴的方向加上电压后，折射率椭球方程变为：2226321z o o ex y z E xy I I I γ+++=（2）对上式进行坐标系的变换，消除式中的交叉项：()()'cos 45'sin 45''/2'sin 45'sin 45''/2'x x y x y y x y x y z z ⎧=-=-⎪⎪=+=+⎨⎪=⎪⎩（3）可推导出加了电场后，折射率椭球方程为：2222221'''x y zx y z n n n ++=（4）介电主轴的折射率变为：（5）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（在 Z ＝0处），被分 解 成 沿 OX ’、OY ’方向的两个分量，其振幅和相伴都相等，用复数表示为E X’(0)=A, E Y’(0)=A，入射光强度为（6）当光通过长度为L 的晶体后，由于电光效应，E X’、E Y’之间就产生一个相位差δ，从而有：（7）光从晶体出射后，通过检偏器后的光是晶体中的光的两分量在Y 轴上的投影之和，即：（8）从而对应的输出光的强度为：（9）其中，, 从而可知调制器的透过率为：（10）当从晶体出射的光的两个分量的相位差为δπ=时，外电场所加的电压为半波电压，可求得此时的电压为：（11）从而可知透过率可表示为：（12）当加在晶体上的直流电压为U 0，同时加在晶体上的交流调制信号是sin mUtω其中Um 是其振幅，ω是调制频率。
电光调制器PPT幻灯片课件
电光调制
半波电压：是指调制器从关态到开态的驱动电压。 调制带宽：强度调制的调制带宽反映了器件工作的频率范围，它
的定义是调制深度落到其最大值的50%所对应的上下两频率之差。 调制带宽是量度调制器所能使光载波携带信息容量的主要参数。 特性阻抗：要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。 透过率：调制器的输出光与输入光之比称为透过率。 消光比：消光比是衡量电光开关性能的指标。消光比越大越好， 因为切断时通过的光越小，切开效果越好。 插入损耗：插入损耗是反映调制器插入光路引起光功率损耗程度 的参数。对于外部调制器而言，必须保证器件的插入损耗最小。 品质因数：即驱动电压与电极长度的乘积。
9
电光效应
利用泡克耳斯电光效应实现电光调制可以分为两种情况： 一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。
5
电光效应
电光调制的物理基础：电光效应 电光效应：当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将
发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光 信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。 电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。 外加电场时晶体的折射率是电场E的函数，可表示为
n n0 aE bE2 ... 或 n n n0 aE bE 2 ...
折射率椭球方程可以描述光波在晶体 中的传播特性。
调制及电光调制PPT学习教案
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
下方程描述：
x2 nx2
y2 ny2
z2 nz2
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 cosmt
其中 Am 和 ωm 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 不再是第3常页/共量52，页而是与调制信号成正比。
其调幅波的表达式为：e(t) Ac 1 ma cosmtcos(ct c )
这种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
x(t)
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。
t
解调：调制的反过程，
即把调制信号还原成原
来的信息。
第1页/共52页
激光光波的电场强度是： ec (t) Ac cos(ct c )
其 Ac 振幅 c 角频率 c 相位角
0
0
0 0 0 0
52
0
0
0
0
0
0
63
磷 酸 二 氢 钾 (KDP),磷 酸二 氘钾(DKDP)由 于 其 拥有优 越的紫 外透过 ,高损伤 阈值,双 折射系 数高等 特性,被 广泛地 应用在 多种工 业用途 (其非 线性系 数偏低 )。这两 种晶体 通常被 用于做 Nd:YAG激 光 器 的二 、三、 四倍频 器件（ 室温条 件下） 。另外 ，它们 也具有 电光系 数高的 特点， 故也被 用于制 作Q开 关等。
电光调制器的原理介绍
电光调制器的原理介绍
电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(LiNb03)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTa03)的电光效应制成的调制器。
电光效应即当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制.
电光调制器有良好的特性，可用于光纤有线电视（CATV）系统、无线通信系统中基站与中继站之间的光链路和其他的光纤模拟系统。
电光调制器除了用于上述的系统中用于产生高重复频率、极窄的光脉冲或光孤子（Soliton），在先进雷达的欺骗系统中用作为光子宽带微波移相器和移频器，在微波相控阵雷达中用作光子时间延迟器，用于光波元件分析仪，测量微弱的微波电场等。
电光调制器的基础是电光效应。
根据电光晶体的折射率变化量和外加电场强度的关系，电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)。
因为线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此实际中多用线性电光调制器对光波进行调制。
线性电光调制器可分为纵向的和横向的。
在纵向的调制器中，电场平行于光的传播方向，而横向调制器的电场则垂直于光传播的方向。
高速电光调制器有很多用途。
高速相位调制器可用于相干光纤通信系统，在密集波分复用光纤系统中用于产生多光频的梳形发生器，也能用作激光束的电光移频器。
1。
电光调制器强度调制器相位调制器EOM原理课件
应用领域与优势
应用领域
相位调制器广泛应用于光纤通信、光学传感、光学测量 等领域。
优势
相位调制器具有调制速度快、调制效率高、易于集成等 优点。
04
电光调制器强度调制器相位调制器EOM 比较
工作原理比较
电光调制器 (EOM)
通过施加电场改变晶体的折射率，从而实现 光的调制。
强度调制器 (IM)
通过改变光的传输损耗或反射系数，实现对 光强的控制。
类型与分类
类型
电光调制器可分为泡克耳斯调制器和 双折射调制器等。
分类
根据调制方式的不同，电光调制器可 分为单级调制器和双级调制器等。
应用领域与优势
应用领域
强度调制器广泛应用于光纤通信、光信息处理、光谱分析等 领域。
优势
电光调制器具有调制速度快、调制效率高、稳定性好等优点 ，能够实现高速、高精度、高稳定性的光信号调制。
特性。
IM
结构简单、易于集成、低成本； 但调制速度相对较慢，且带宽受限 。
PM
调制速度高、带宽大、易于实现高 精度相位编码；但插入损耗较大， 且对温度和波长敏感。
05
电光调制器强度调制器相位调制器EOM 发展前景
技术发展趋势
集成化与小型化
随着微纳加工技术的发展，电光调制器将趋向于集成化和微型化， 以提高稳定性和降低成本。
相位调制器 (PM)
通过改变光的相位，实现对光束相位的控制 。
应用领域比较
EOM
主要用于高速光通信、光信号处理和光传感等领 域。
IM
广泛应用于光开关、光限幅器和光放大器等器件 。
PM
适用于光学干涉、光学相位编码和光学相干检测 等领域。
优缺点比较
1.2电光调制
——以电光效应为物理基础。 电光调制的物理基础是电光效应。 即：如果在晶体中沿某一方向加一定电压(晶体在外
加电场的作用下)，则晶体的折射率要发生相应的改
变，因而晶体的双折射特性也要改变；那么，当光波
通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变。
——电光效应
1.2.1 电光调制的物理基础
52
0
1 x 2 1 y 2 1 z 2 2 1 yz 2 1 xz 2 1 xy 1 2 2 2 2 2 2 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6
(
1 1 1 2 2 2 E sin 2 ) x ( E sin 2 ) y z 2 63 Ez cos 2 xy 1 63 Z 63 z 2 2 2 n0 n0 ne
△ KDP类晶体沿Z轴加电场后的椭球方程
1 1 1 2 2 2 ( 2 63 Ez ) x ( 2 63 Ez ) y 2 z 1 n0 n0 ne
△ KDP类晶体沿Z轴加电场后的椭球方程
1 3 新坐标系下的主轴折射率： nx n0 n0 63 E z 2 1 3 n y n0 n0 63 E z 2 结论 nz ne
1. 由单轴晶变成了双轴晶体； 2. 折射率椭球的主轴绕z轴旋转了45o角，此转角与外加电场 的大小无关； 3. 主折射率变化与电场成正比。 应用
2.电光相位延迟
当一束线偏振光沿着Z轴方向射入晶体，且E矢量沿X方向进 入晶体（Z＝0）即分解为沿x’和y’方向的两个垂直偏振分量。
即，考察折射率椭球与垂直于Z 轴的平面相交所形成的椭圆：
1 2 1 2 n 2 63 E z x n 2 63 E z y 1 0 0
电光调制器
电光调制器的原理要用激光作为传递信息的工具,首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去的问题,我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制,把完成这一过程的装置称为激光调制器.由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调.因为激光实际上只起到了"携带"低频信号的作用,所以称为载波,而起控制作用的低频信号是我们所需要的,称为调制信号,被调制的载波称为已调波或调制光.按调制的性质而言,激光调制与无线电波调制相类似,可以采用连续的调幅,调频,调相以及脉冲调制等形式,但激光调制多采用强度调制.强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号,使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化.激光调制之所以常采用强度调制形式,主要是因为光接收器一般都是直接地响应其所接受的光强度变化的缘故.激光调制的方法很多,如机械调制,电光调制,声光调制,磁光调制和电源调制等.其中电光调制器开关速度快,结构简单.因此,在激光调制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用.电光调制根据所施加的电场方向的不同,可分为纵向电光调制和横向电光调制.利用纵向电光效应的调制,叫做纵向电光调制,利用横向电光效应的调制,叫做横向电光调制编辑本段电光调制器的应用在电通信系统中,原始率数字信号电平的峰－峰值只有0.8V。
因为数据率大于2.5Gb/s的铌酸锂调制器的半波电压（Vp）较高，故都需要用驱动器来推动调制器。
驱动器不仅要有很宽的工作频带，并且要能提供足够大的微波输出功率。
例如：对于10Gb/s、Vp＝5.5V的调制器，需要驱动器具有75KHz 到8GHz的工作频带及20dBm（100mW）的1dB输出功率。
制作率的驱动器是非常困难的，因此制作具有低Vp的调制器是很受欢迎的。
当然，也要求调制器有良好的其他性能，如低的光插入损耗、大的消光比、小的光反射损耗、弱的电反射损耗和合适的啁啾（chirp）参量。
电光调制器有很多用途。
电光调制
为实现线性调制，可引入固定的π /2相位延迟，使调制器 的电压偏置在T=50%的工作点上（B点）
17
电光调制的基本原理及公式推导-强度调制
改变工作点的常用方法 1 在调制晶体上除了施加信号电压之外，再附加一个半波电压，但此法增 加了电路的复杂性，而且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，使其快慢轴与晶体主轴x成45角， 从而使 Ex’和Ey’二分量间产生π /2的固定相位差。
n1 n2 n0, n3 ne KDP为四方晶系，负单轴晶体， 电光张量为
KDP晶体独立的电光系数只有 41和 63
4
电光调制的基本原理及公式推导
KDP的纵向运用
外加电场的方向平行于Z轴，即
折射率椭球方程为
Ex Ey 0
x2 y 2 z 2 2 2 2 63 xyEz 1 2 n0 n0 ne
2 2
调制器的透过率为
15
I out 2 2 V T sin ( ) sin Ii 2 2 V
电光调制的基本原理及公式推导-强度调制
强度调制图
16
电光调制的基本原理及公式推导-强度调制
调制器的透过 率与外加电压 呈非线性关系 若调制器工作 在非线性电压 部分，调制光 将发生畸变
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
调制器在微波系统里是一个负载，它有自己的特性阻抗，通常 微波输入端的匹配阻抗是50Ω ，如果两者不相等，即阻抗不匹 配，会在调制器电极的输入端引起微波反射，驱动功率并不能 完全进入调制器。微波驱动功率与进入调制器的功率之间的关 系是 2
第三讲-电光调制器
第三章电光调制器内容•电光调制的基本原理•铌酸锂（LiNbO3）电光调制器•半导体电吸收调制器（EAM）电光调制电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参量的改变而改变。
光波作为信息的载波。
强度调制的方式作为信息载体的光载波是一种电磁场：()()0cos E t eA t ωφ=+r r 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。
在模拟信号的调制中称为AM 、FM 和PM ；在数字信号的调制中称为ASK 、FSK 和PSK 。
调制器：将连续的光波转换为光信号，使光信号随电信号的变化而变化。
性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置电压。
电光调制的主要方式直接调制：电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。
优点：采用单一器件成本低廉附件损耗小缺点：调制频率受限，与激光器弛豫振荡有关产生强的频率啁啾，限制传输距离光波长随驱动电流而改变光脉冲前沿、后沿产生大的波长漂移适用于短距离、低速率的传输系统电光调制的主要方式外调制：调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号而改变。
优点：不干扰激光器工作，波长稳定可对信号实现多种编码格式高速率、大的消光比低啁啾、低的调制信号劣化缺点：额外增加了光学器件、成本增加增加了光纤线路的损耗目前主要的外调制器种类有：电光调制器、电吸收调制器调制器调制器连续光源光传输NRZ 调制格式其他调制格式: •相位调制•偏振调制•相位与强度调制想结合光传输RZ 调制格式脉冲光源电光调制折射率的改变通过电介质晶体Pockels 效应和半导体材料中的电光效应光吸收的改变通过半导体材料中的Franz-Keldysh效应量子阱半导体材料中的量子限制的Stark 效应光与物质相互作用相位调制偏振调制(双折射材料)强度调制强度调制通过-干涉仪结构-定向耦合光在晶体中的传播－电光效应在光与物质相互作用中，电场强度（E）与电极化矢量（P）的关系。
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 ）。
第一章电光调制与声光调制ppt课件
出功率。
G l
b. 调制器带宽受到谐振腔通带的限制
优 点： a.因为调制器和激光形成无关,不影响激光器的输出功率。 b.调制器的带宽不受谐振腔通带的限制，
缺 点：调制效率低。
三．振幅调制和强度调制
1.振幅调制（调幅） (1) 定义：以调制讯号去改变激光的振幅，使其振幅按调制讯号
的规律变化。ec(t)A ccos(ctc)
I/I0和VD 的曲线不 是线性关系—易发 生畸变,在V/2附近 有一段近似线性部 分----波形畸变小。
3.防止输出光强畸变的方法(如何保证D= /2)
a.在晶体上加以V/2的直流电压
V V 2 V m s inm t， 使 D 2
缺点：工作点的稳定性差。Q V 24 n o 3 6 3， 温 度 变 n o 变 V 2 变
m A Ac
(3)调幅波的频谱分析
a(t)A0cosmt e(t)Ac(1mcosmt)cos(ctc)
Ac[cos(ctc)mcosmtcos(ctc)] Accos(ctc)m 2Accos[(cm)tc]m 2Accos[(cm)tc]
Amax AcKA0
振幅的最小值 振幅的最大增量
Amin AcKA0 A A m a x A c A c A m in
由
A＝KA0可得
m
K A0 Ac
m主要由K，A0决定，即比例系数K和调制讯号的振幅A0
对m的要求： m<1,保证调制信号在传输过程中
不畸变。 m≥1时，使调制信号失真。
在实际应用中，为了得到较强的抗干扰效果，往往利用二次 调制方式，即先将低频信号对一高频副载波进行频率调制，然 后再用这个已调频波对光载波进行强度调制，使光波按副载波 信号的变化而变化。这是因为在传输过程中，尽管大气感染波 会直接叠加到光信号波上，但经调节后，其信息是包含在调频 的副载波上，故其信息不会受到干扰，可以无失真地再现原来 的信息。
10.电光调制器
第10课：电光调制器（光学BPM）本课介绍如何制作一个3D模拟的线性电光效应（Pockels效应）改性的材料。
参考波导设计[1]如图1所示。
本节中，该波导被创建时，电位被施加到电极上，并将结果进行比较，参考文献[1]。
图1：这是参考1图2，绘制倒挂。
该波导是一个“底- 删除”的设计，使包层是BCB，用胶水波导到另一个基板，未显示的聚合物。
这种安装暴露AlGaAs敷层在空气中，并在背面电极蒸发那里。
所有的长度都在微米。
OptiBPM中有另一个，老年人，电光模块。
此遗留功能是专门三个共面的电极上扩散电极在铌酸锂中使用时。
参见第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。
如果不需要你想要的符合模型，以这种特定的情况下，系统，以及有关电极阻抗的信息，你可能要考虑所描述的电极区域功能第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。
对于所有其他电光模拟，在本教程中所描述的功能应该被使用。
在这个例子中的材料系统是砷化铝镓。
脊结构形成波导和支持TE 和TM波，虽然只有TE模式被激发在我们的例子。
电极是金属和不显著相交的引导模式。
当电极有电势差时，大多垂直电场出现在支持光模的材料。
的材料的折射率由electo光效应略有修改。
的影响小，但它可以使在光学波的相位的显著差异传播很长的距离后，1厘米的顺序。
根据文献[1]，采用17.8 V该顶面和背面电极之间的电位差应在波导的基本模式1厘米传播后，引起皮的相位变化。
为了使模拟电压依赖性光学相移项目，请按照下列步骤。
一个完成的项目可以在教程Samples目录中找到名为Lesson10_ElectroOptic.bpd。
建议您已经完成了第1课：入门。
这也是一个好主意，已经完成了第9课：创建一个芯片到光纤对接耦合器为好，以熟悉无电光效果的3D BPM模拟问题。
定义介质材料步行动1 在新的项目中，打开配置文件设计，并在科材料/绝缘创建砷化镓一种新材料。
命名材料GaAs155，并在新材料的二维和三维各向同性选项卡中输入的3.421076的折射率。
电光调制器强度调制器相位调制器EOM原理课件
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平方电光效应
电场引起的折射率变化与电场 强度的平方成正比。
电光效应的物理机制
与晶体的内部结构、电子云分 布和能带结构有关。
电光调制器的工作原理
01
调制信号输入
将需要调制的信号输入到电光调制 器中。
光学调制
折射率的变化导致光波的相位和振 幅发生变化，从而实现调制。
03
02
电场作用
通过施加电场，改变晶体的折射率 。
04
EOM（电光调制器）原理
EOM的基本结构和工作原理
基本结构
EOM通常由电光晶体和电极组成。电光 晶体具有特殊的电光效应，当施加电压 时，能够改变其折射率，从而改变光的 传播方向或振幅。电极用于施加电信号 。
VS
工作原理
在EOM中，当电信号施加到电光晶体上 时，由于电光效应，电光晶体的折射率发 生变化，导致通过的光的相位或偏振态发 生改变。这种相位或偏振态的变化可以通 过检测器检测，从而实现对光的调制。
相位调制器的应用
光纤通信系统
相位调制器在光纤通信系统中有着广泛的应用。通过将信息编码为光波的相位变化，可以实现高速、 大容量的光纤通信系统。相位调制器可以提高通信系统的传输速率和传输距离，同时降低噪声和干扰 的影响。
光学干涉仪
相位调制器在光学干涉仪中也有着重要的应用。通过将光波的相位变化引入干涉仪中，可以实现对光 波干涉图样的控制和测量。相位调制器可以提高干涉仪的测量精度和稳定性，广泛应用于光学测量、 光学传感等领域。
强度调制器
广泛应用于高速光信号处 理、光强调制、光功率控 制等领域。
相位调制器
广泛应用于光学干涉、光 学成像、量子通信等领域 。
优缺点的比较
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线性电光效应
二次电光效应
（Pockels效应） （Kerr效应）
电光效应
折射率椭球 在晶体未加外电场时，主轴坐标系中 折射率椭球的方程为：
x2 y2 z2 1 n12 n22 n32
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；
n1、n2、n3为折射率椭球x，y和z方 向的折射率(主折射率)。
电光调制
半波电压：是指调制器从关态到开态的驱动电压。 调制带宽：强度调制的调制带宽反映了器件工作的频率范围，它
的定义是调制深度落到其最大值的50%所对应的上下两频率之差。 调制带宽是量度调制器所能使光载波携带信息容量的主要参数。 特性阻抗：要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。 透过率：调制器的输出光与输入光之比称为透过率。 消光比：消光比是衡量电光开关性能的指标。消光比越大越好， 因为切断时通过的光越小，切开效果越好。 插入损耗：插入损耗是反映调制器插入光路引起光功率损耗程度 的参数。对于外部调制器而言，必须保证器件的插入损耗最小。 品质因数：即驱动电压与电极长度的乘积。
根据电光调制器器件结构的不同，可以分成体型电光调制器和波 导传输型电光调制器。
电光调制的主要方式
直接调试： 电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度
随电信号而改变。 优点：采用单一晶体、成本廉价、Fra bibliotek件损耗小。 缺点：
调制频率受限、与激光器弛豫振荡有关、产生强的频率啁啾、 限制传输距离、光波长随驱动电流而改变、光脉冲前沿和后沿产 生大的波长漂移；适用于短距离、低速率的传统系统。
电光调制的主要方式
外调制： 调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声
光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号而 改变。 优点：
不干扰激光器工作，波长稳定；可对信号实现多种编码格式； 高速率、大的消光比；低啁啾、低的调制信号劣化。 缺点：
额外增加了光学器件、成本增加、增加了光线线路的损耗。
折射率椭球方程可以描述光波在晶体 中的传播特性。
电光效应
克尔效应： 玻璃板在强电场作用下具有双折射性质，称克尔效应。内盛某
种液体的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压 后产生横向电场。无电场时液体为各向同性，光不能通过。存在 电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光 通过。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。 电场的极化作用非常迅速，撤去电场后在同样短的时间内重新变 为各向同性。克尔效应的这种瞬时反应的性质可用来制造几乎无 惯性的光的开关—光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获 得了重要应用。
调制器：器件的主要功能是通过暂时改变光波的某一特性 而将信息加载到光波上。
开关：改变光线的空间位置，或者是将光导通或断开。
电光调制
电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参量的改变而 改变。光波作为信息的载波。 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。 性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置 电压。 电光调制器的主要参数有：半波电压、特性阻抗、调制带宽、调制深 度（调制效率）、透过率、消光比、插入损耗、品质因数等。
电光效应
电光调制的物理基础：电光效应 电光效应：当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将
发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光 信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。 电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。 外加电场时晶体的折射率是电场E的函数，可表示为
nn0aE bE 2... 或 nnn 0a E b2E ...
电光效应
泡克耳斯效应： 一些晶体在纵向电场（电场方向与光的传播方向一致）
作用下会改变其各向异性性质，产生附加的双折射效应。 不加电场时，入射光在晶体内不发生双折射，光不能通过 检偏器。加电场后，晶体产生双折射，有光通过检偏器。 大多数压电晶体都能产生泡克耳斯效应。泡克耳斯效应与 克尔效应一样常用于光闸、激光器的 Q 开关和光波调制等。
电光效应
利用泡克耳斯电光效应实现电光调制可以分为两种情况： 一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。
电光调制
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。 纵向电光调制：电场方向与光的传播方向平行。 横向电光调制：电场方向与光的传播方向垂直。
电光调制
由于纵向调制电光器件需要透明电极，器件工艺复杂、加工成 本大，因此常用的电光器件大多采用横向调制设计。 电光调制又有调相和调幅之分。 电光调相：不改变输出光的偏振态，只改变其相位。 电光调幅：是借助于晶体的电光效应，使光束的偏振态从线偏振光 变为椭圆偏振光，再通过检偏器转变为光的强度调制。
电光调制器
C目录 ONTENTS
1 电光调制 2 电光效应 3 电光调制的主要方式 4 电光调制器的分类与应用 5 总结
调制器和开关
在许多情形中，根据输入和输出端口的安排以及光波与 控制电信号之间相互作用的强度，同一个器件既可以起调 制器的作用，又可以具有开关的功能。在设计或评价调制 器和开关时，有许多相同的因素需要加以考虑，因而合在 一起讨论。
纵向电光调制器
纵向电光强度调制（电光晶体KDP、通光方向与电场方向一致）
电光晶体KDP置于两个正交的偏振器之间。 P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴，P2的偏振方向平行于y轴。 当沿晶体z轴方向加电场后，x和y轴旋转45°变为感应主轴x’和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