磁光调制,直接调制

• 另外，偏置电流直接影响LD的调制性能，通
常应选择Ib在阈值附近且略低于It，以使LD获得 较高的调制速率。但若Ib选得太大，又会使激光 器的消光比变差，所以在选择偏置电流时，要综 合考虑其影响。
• 半导体激光器处于连续调制工作状态时，无
论有无调制信号，由于有直流偏置Ib，所以功耗 较大，从而引起温升，会影响或破坏器件的正常 工作。双异质结激光器的出现，使激光器的阈值 电流密度比同质结大为降低，可在室温下以连续 调制方式工作。
5.1.3.2 磁光调制器
磁光调制是将电信号先转换成与之对应的交变磁场,由 磁光效应改变在介质中传输的光波的偏转态,从而达到改 变光强等参数的目的。
z 入射光
起偏器
Hdc
45 z
YIG棒
调制信号
检偏器
图5-14 磁光调制示意图
为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁 场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。
图5-18 （b）
图5-20（b）
LD :
调制电流幅度 m 偏置电流阈值电流
调制电流幅度 LED : m 偏置电流
5.1.4.3 半导体光源的PCM数字调制
• 数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”码对光源发
出的光波进行调制。
• 而数字信号大都采用脉冲编码调制，即先将连续的模拟
信号通过“抽样”变成一组调幅的脉冲序列，再经过 “量化”和“编码”过程，形成一组等幅度、等宽度的 矩形脉冲作为“码元”，结果将连续的模拟信号变成了 脉冲编码数字信号。
5.1.3.3 磁光波导调制器
x
T
M
TTE y
•
z
M
图5-15 磁光波导模式转 换调制器
• 在磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，当电
流通过蛇形线路时，蛇形线路中某一条通道中的电流沿 y方向，则相邻通道中的电流沿y方向，该电流可产生z、 z方向交替变化的磁场，磁性薄膜内便可出现沿z、z 方向交替饱和磁化。
蛇形磁场变化的周期为：
T

2 Δ
• ：TE模和TM模传播常数之差。
• 由于薄膜与衬底之间晶格常数和热膨胀的失配，以磁化方向处
在薄膜平面，薄膜平面内的退磁化因子为0，故用小的磁化场就
可使磁化强度M在薄膜平面内自由转动。若激光（λ=1.152μm）
有两个棱镜耦合器输入和输出，入射的是TM模，由于法拉第磁
LED1 LD2
Pout( 12
LD1
mW) 10
8
6
4
2 0 100 200 300 400
0ຫໍສະໝຸດ Baidu
I(mW)
图5-19 LED与LD 的Pout-I曲线比较
5.1.4.3 半导体光源的模拟调制
• 无论是使用 LD或LED作光源，都要施加偏置电流Ib，使其工作点
处于LD或LED的P－I特性曲线的直线段，如图5-18（b）和图5-20 （b）所示。其调制线性好坏与调制深度m有关：
最大。若器件的T=2.5μm，蛇形线路中输入0.5A直流电 流，磁光互作用长度L=6mm，则可将输入的TM模 （λ=1.152μm）52%的功率转换到TE模。磁光波导模式 转换调制器的输出耦合器是一个具有高双折射的金红石 棱镜。
• 使输出的TE和TM模分成20°11′张角的两条光束，输入
蛇形线路的电流频率为0~80MHz，均可观察到两个模式 的光强度被调制的情况。
光旋转效应，随着光波在波导薄膜中沿z方向（磁化方向）传输，
原来处于薄膜平面内的电场矢量（x方向），即TM模转换成TE模。
由于磁光效应与磁化强度M在传播方向z上的分量MZ成正比，故
在z轴和y轴间45°方向上加一直流磁场Hdc后，改变输入蛇形线
路中的电流，就可以改变Mz，从而改变其转换效率。
• 当输入的电流大到使M沿z方向饱和时，则转换效率达到
直接转换的器件。图5-16所示为AsGaAl双异质结注入式 半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系曲线。
•
图5-16
• 半导体激光器有一个阈值电流It，当驱动电流密度小
于It时，激光器基本上不发光或只发很弱的、谱线宽度 很宽、方向性较差的荧光；当驱动电流密度大于It时， 则开始发射激光，此时谱线宽度、辐射方向明显变窄， 强度显著增大，而且随着电流的增加呈现线性增长，如 图5-17所示。
工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于 光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉 第旋光效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场强
度H。

s
H 0 sin H t
H dc
L0
VHL
s：是单位长度饱和法拉第旋转角； ：是调制磁场。
如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制 光。
5.1.4 直接调制
• 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注
入半导体光源（LD或LED），从而获得调制光 信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称 为内调制。
• 根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模
拟调制和数字调制两种。
5.1.4.1 半导体激光器直接调制的原理
• 半导体激光器（LD）是电子与光子相互作用并进行能量
• 故在高频调制下宜采用量子阱结构或其他外调制器。
5.1.4.2 半导体发光二极管的调制特性
• 半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率
不像半导体激光器那样会随注入电流的变化而发生突变，
因此，LED的P－I特性曲线的线性比较好。图5-19示出 了LED与LD的P－I特性曲线的比较。
16
14
VHL
旋光现象： 可解释为外加磁场使介质分子的磁矩定向排列，当一
束线偏振光通过介质时，分解为两个频率相同、初相位相 同的两个圆偏振光，其中一个圆偏振光的电矢量是顺时针 方向旋转，称为右旋圆偏光，而另一个圆偏振光是逆时针 方向旋转的，称为左旋圆偏光。
这两个圆偏振光无相互作用地以两种略有不同的速度 vR和vL传播，它们通过厚度为L的介质之后产生的相位延 迟。
图5-17
C L直流偏置
输 出
LD~ 调制信号
功 率
输出光强信
号t
(a)
直流
调制信 号
t
偏置 (bt) 图5-18 半导体激光器调制原理示意图
(a) 电原理图；(b) 调制特性曲线
图5-18所示为半导体激光器调制原理以及输出功率与调制信 号的关系曲线。
为了获得线性调制，使工作点位于输出特性曲线的直线部分， 必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流Ib，这样就可 以使输出的光信号不失真。但是，应把直流偏置源与调制信号源 相隔离，避免直流偏置源对调制信号源产生影响。当频率较低时， 可用电容和电感线圈串接来实现；当频率较高（大于50MHz）时， 则应采用高通滤波电路。
• 然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强度调制。
• 数字调制方法优点：
1、在信道上传输过程中引进的噪声和失真，可采用间 接中继器的方式去掉，故抗干扰能力强；
2、其次对数字光纤通信系统的线性要求不高，可充分 利用光源（LD）的发光功率；
3、这种调制方法与现有的数字化设备相兼容。
由于数字调制的这些突出优点，所以其有很好应用的前景。
5.1.3 磁光调制 5.1.4 直接调制
5.1.3 磁光调制
5.1.3.1磁光效应 定义：若沿物体的某一方向施加一外磁场，物体内各
磁畴的磁矩就会向磁场方向偏转，对外呈现磁性，从而引 起物质的光学各向异性，这种现象称为磁光效应。光通过 磁化的物体时，其传播特性发生变化。
磁光调制主要是应用法拉第旋光效应，使一束线偏振 光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋 转，其旋转角度为θ的大小与沿光束方向的磁场强度H和 光在介质中传播的长度L成正比，即
• 要使半导体激光器在高频调制下不产生调制失真，
最基本的要求是：输出功率应与阈值以上的电流呈良好 的线性关系；
• 另外，为了克服弛豫振荡，应采用条宽较窄的激光
器结构。直接调制会使激光器主模强度下降，而次模强 度相对增大，从而使激光器谱线加宽；而调制所产生的 脉冲宽度△t与谱线宽度△v之间相互制约。因此，直接调 制半导体激光器的调制能量受到△t△v乘积的限制。