电光调制技术.
调制及电光调制
（3.1.2） （3.1.3）
m m e(t ) Ac cos(ct c ) Ac cos[(c m )t c ] Ac cos[(c m )t c ] 2 2
m Am / Ac 为调幅系数。
比较以上两式，由于外电场，折射率椭球各系数 1/ n2 发生线性变化，
其变化量定义为：
3 1 2 ij E j n i j 1
（3.2.3）
ij —线性电光系数，
16
i 1, 2,
6
j 1, 2, 3
上式（3.2.3）可用矩阵形式表示为：
1 n2 1 2 n 1 2 n 1 11 21 2 61 6
1
x(t )
t
分类：根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制两种。
内调制：调制信号是在激光振荡过程中形成的。如，注入式半导体
激光器，用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出光的强度受到调
制，调Q技术。 外调制：在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器 的物理性能从而使激光器受到调制。 特点：外调制调整方便，对激光器没有影响，调制速率高，带宽宽。
又， cos(m sin m t ) J 0 (m) 2 J 2 n (m) cos(2n mt )
n 1
（3.1.8）
sin(m sin m t ) 2 J 2 n-1 (m)sin((2n -1) mt )
n 1
将上两式代入（6.1.8）可得：
e(t ) Ac J 0 (m) cos(ct c ) Ac J n (m){cos[(c nm )t c ]
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。
光电子技术王俊波电光调制.ppt
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于光波频
率(也就是调制信号波长远远大于光波波长)，并且入远大于晶体的
长度L，因而在光波通过晶体L的渡越时间 d
L (c / n)
内，调制信号
由此可见，输出的调制光中含有高次诣波分量，使 调制光发生畸变。为了获得线性调制，必须将高次
2019/10/15 共29页 9
UP
DOWN
BACK
谐波控制在允许的范围内。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
(3.2-33)
若取 ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1
UP
DOWN
BACK
其一，除了施加信号电压之外，再附加一个 Vλ/4 的固定偏压， 但会增加电路的复杂性，且工作点的稳定性也差。
其二，在光路上插入一个1／4波片(3.2-5图)其快慢轴与晶体 主轴x成45o 角，使E x’和E y’二分量间产生 /2 的固定相位差。 (3.2-30)式中的总相位差
UP
DOWN
BACK
1．外电路对调制带宽的限制
调制带宽：调制信号占据的频带的宽度。
调制信号频率高时大部分电压降在电源内阻上，致使晶体无法 工作。若要调制信号在较高频状况下工作时（实现阻抗匹配必须在 晶体两端并联一电感和分流电阻）其频带宽度就要受到约束：
当调制频率与谐振频率相同时电压全降在晶体上。
于是，通过两块晶体之后的总相位差
(3.2-37) 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。
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。
ch4 电光调制和扫描技术-review
电光效应：介质在外加电场作用下出现的光学特 性（各向异性）改变
一、电场作用下材料的非线性极化
• 介质受光频电场（入射光场）和外加电场（低频或直流） 的共同作用，应同时考虑电子的受迫振动和离子的受迫振 动；（位能函数，运动方程）
M-Z型电光强度调制器
电光效应: 在较强外电场作用下，介质的极化强度以及折射率会 各向异性的发生变化。 电光效应驰豫的时间很短，仅有10-11s量级，外场的施加或撤销 导致的折射率变化或恢复瞬间即可完成，因而可用作高速调制 器、高速开关等。
注意：在调制的 区域要求器件的 线性度高。若调 制器工作在非线 性部分,则调制光 将发生畸变。
寻常光与非常光在光轴方向有相同速率，故在光轴处相切
单轴晶体中波阵面
惠更斯作图法
光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中
•
A • •
B
• • •
' o ' • Ae
B'
光轴
A
光轴
o光
e光
与光轴有夹角
o光
e光
垂直光轴
平行光轴
光轴
o光
晶体光学器件
e光
o光
光轴
e光
e光
波晶片（wave plate）
• • •
尼科耳棱镜可以用作起偏器或检偏器
渥拉斯顿棱镜:由光轴相互垂直的方解石三角棱镜构成.
• • • •
Ι
o光
e光
e光
• •
•
• •
•
•
e光
o光 波晶片（晶体移相器）
C
• λ • • • o 光 •
o光
—— 光轴平行于表面且厚度均匀的晶片 光束垂直入射到波晶 片后，分解为 o 光和 e 光，传播方向相同，但速 度不同，出射光为两束位 相有差别，振动方向相互 垂直的偏振光。 通过波晶片前、后 波晶片
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
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
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
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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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Um sin mt m sin mt 2 U 2
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。
2018/9/17 7
因此，调制的透过率可表示为 Io m 2 T sin sin m t Ii 2 4 1 1 sin m sin m t 2 利用贝塞尔函数恒等式将上式 sin 得
2018/9/17 8
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 I 2 n 1 J 2 n 1 m n 0,1, 2, (9) I1 J1 m 若取 m ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1 =0.045，即三次谐波为基波的4.5%。在这个范围内可以获 得近似线性调制，因而取 Um m 1 rad (10)
~ U
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， 2018/9/17 2 两个振幅(等于入射光振幅的 1/21/2）和相位都相等．分别为：
(1)
当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，E x’和E y’二分量
间就产生了一个相位差 ，则
E x’（L）= A
2018/9/17
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
向的投影之和，即
x
2 与之相应的输出光强为：
( E y )0
Io T sin 2 Ii 2
（7)
展开， m sin mt
Io 1 T J 2 n 1 m sin 2n 1 mt Ii 2 n 0
（8)
由此可见，输出的调制光中含有高次诣波分量，使调制光发生 畸变。 为了获得线性调制，必须将高次谐波控制在允许的范围内。
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
U
1 作为线性调制的判据。 此时 J1 m m代入（8)式得 2
Io 1 T (1 m sin m t ) Ii 2
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 面介绍的空间光调制器就属于这种情况。 本节先讨论前一种情 1 2018/9/17 况的电光强度调制。
1. 纵向电光调制（通光方向与电场方向一致）
x
P1 入射光 Ii z y L 起偏器 图4 x y P2 调制光 Io /4波片 检偏器
特性与外加电压的关系是非线性的。
2018/9/17 5
100 透 过 率 50 (%)
U sin 2 2 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
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 2018/9/17 6 法有两种：
Ex (0) A cos c t E y (0) A cos c t
或采用复数表示，
即
E x’(0)=Aexp(iωc t) E y’(0)=Aexp(iωc t)
由于光强正比于电场的平方，因此，入射光强度为
2 2 I i E E E x 0 E y 0 2 A2
A
exp(i ) 1
X’
Y’
45o
45o
y
2 A Io ( E ) ( E exp i 1 exp i 1 (2) y 0 y )0 2
注意公式：
eix e ix cos x , 光将发生畸变。
其一，在调制晶体上除了施加信号电压之外，再附加一个 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
x y
U /
2
3 0
(4） .
（5）
2n r
63
3 r n0
c0
63
Io 2 2 U T sin sin Ii 2 2 U
（6）
上式中的T称为调制器的透过率。根据上述关系可以画出光强调 制特性曲线,如图5所示。由图可见，在一般情况下,调制器的输出
x 1 cos x 2 2
将出射光强与入射光强相比[(22)公式/ (21)公式]得：
Io 2 2 U T sin sin Ii 2 2U 2018/9/17 后一步考虑了(4）式和(5)式的关系（见下页）。
(3)
4
3 3 2 2 r φ φ φ Ln0 63 E z n0r 63 U n n