光学调制器

学院：物理与电子工程学院专业：电子信息科学与技术年级：2010级

学号：20100516007

姓名：曾艳

光学调制器

目前，对电介质光学性质及其应用的研究是电介质各种性质及其应用的研究中最为活跃的领域之一。电介质的光学性质主要包括三个最基本的光学效应—电光效应、弹光效应和非线性光学效应。

一、电光调制器

1 电光效应

电光效应也叫电致双折射效应。外加电场引起电介质折射率改变的现象称为电光效应。外加电场可以使单折射物质（光学各向同性）变为双折射物质（光学各向异性），也可使本来就具有双折射的物质进一步改变其各向异性性质，这类现象都属于电光效应。电光效应有克尔效应和泡克尔斯效应。

（1）克尔效应

▲ 不加电场→液体各向同性→P2 不透光；

▲ 加电场→液体呈单轴晶体性质，光轴平行电场强度E → P2 透光

——二次电光效应

k —克尔常数，U —电压

克尔效应引起的相位差为：

△φk＝π时，克尔盒相当于半波片， P2 透光最强。

克尔盒的响应时间极短，每秒能够开关109 次。可用于高速摄影、光测距、光通讯等。

（2）泡克尔斯效应

光传播方向与电场平行，P1⊥P2，电极K 和K′透明，晶体是单轴晶体，光轴沿光传播方向。

泡克尔斯盒

▲不加电场→ P2不透光。

▲ 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方向附加了双折射效应→ P2透光。

克尔斯效应引起的相位差：

——线性电光效应

n o— o 光在晶体中的折射率；r —电光常数；U —电压。

时，P2透光最强。

应用：超高速开关（响应时间小于10-9s），显示技术，数据处理…

2 电光调制器的的原理

电光调制器是大容量光纤传输网络和高速光电信息处理系统中

的关键器件。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。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。

3 电光调制器的应用

电光调制器有很多用途。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。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。

二磁光调制器

1 磁光效应

磁光效应又叫做法拉第效应。磁光效应指的是具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下, 电磁特性发生变化, 因而使光波在其内部的传输特性也发生变化的现象。1845 年, 英国物学家法拉第(Faraday) 发现, 入射光线在被磁化的玻璃中传播时, 其偏振面会发生旋转,这是物理学史上第一次发现的磁光效应, 称之为法拉第效应。随着科技的发展，各种以磁光效应为基础的磁光器件相继研制开发出来, 如磁光调制器、磁光隔离器、磁光传感器及磁光盘等。

2 磁光调制器的原理

①P为起偏器②A为检偏器③B为调制信号

磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束。光调制器的原理如上图所示。在没有调制信号时, 磁光材料中无外场, 输出的光强随起偏器与检偏器光轴之间的夹角变化。在磁光材料外的磁化线圈加上调制的交流信号时, 由此而产生的交变磁场使光的振动面发生交变旋转。由于法拉第效应,信号电流B使光振动面的旋转转化成光的强度调制, 出射光以强度变化的形式携带调制信息。调制信号, 比如说是转变成电信号的声音信号, 经磁光调制, 声信息便载于光束上。光束沿光导纤维传到远处, 再经光电转换器,

把光强变化转变为电信号, 再经电声转换器(如扬声器)又可以还原成声信号。

3 磁光调制器的应用

磁光调制器有广泛的应用, 可作为红外检测器的斩波器, 可制

成红外辐射高温计、高灵敏度偏振计, 还可用于显示电视信号的传输、测距装置以及各种光学检测和传输系统。

三弹光效应

弹光效应又名压光效应，它是指介质由于受压力的作用而引起折射率的改变的现象。在应力作用下，单折射率物质变为双折射率物质，或者双折射率物质的双折射性质进一步改变，这类现象都称为弹光效应。弹光效应存在于一切透明介质中（无论是晶体还是非晶体，固体还是液体），自然也存在与压电晶体中。

将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。加力的方向即光轴的方向。在观察偏振光干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：

应力双折射效应引起的相位差：

若应力均匀,则观察到均匀的干涉光强.；若应力不均匀,出现干涉条纹。应力变化大的地方,条纹密；应力变化小的地方,条纹疏。通过光弹性效应，可以用来研究材料内部的应力情况。