光电子第四章资料

1 2
(1
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V
V
)
I 1 1
V I0 2 2 V
• 线性改善光路图及调制曲线
强度调制曲线及光路图
横向电光调制
• 问题的提出：电极、效果级联
• 光路图（4-7）。电极仍然沿Z向施加，光波沿Y传播
• 对相位差的影响
2
(n0
ne ) L
63
VL D
no3
• 相位偏置项的特点
• 提高调制效果的途径
光电子技术引言
参考书目
• 《光电子学导论》 A 雅里夫 科学出版社 • 《光纤通讯原理》G.凯泽（美）人民邮电
出版社 • 《光纤通讯用光电子器件和组件》 黄章勇
北京 邮电大学出版社
信息传递的方式
信息
通讯光缆 大气传输
语音通讯（电话.干线到户） 数据通讯（internet） 视频(有线电视.点播)
• 对光波的调制：通过电压（电场），改变 某一偏振方向上的折射率。
折射率椭球及双折射
• 折射率椭球
• 表述
x2 y2 z2
nx2
n
2 y
nz2
1
•
• 双折射
外场对折射率椭球的影响
1 n2
ij
3
ijk Ek
k 1
•
x2 no2
y2 no2
z2 ne2
2 41Ex yz
2 41Ey xz 2 63Ez xy
y2
n
2 y
z2 nz2
1
1
n
2 x
1 no2
63Ez
1
n
2 y
1 no2
63Ez
1
n
2 z
1 ne2
nx
no
1 2
no3 63Ez
ny
no
1 2
no3 63Ez
nz ne
主轴及折射率椭球的变化
电光调制的应用之一——电光延迟
• 光路图
• 穿过晶体后光程差变化
• 相位差也随之变化。
1
Ex Ey 0 Ez E
x2 no2
y2 no2
z2 ne2
2 63Ez xy
1
x
y
x c os
4
x sin
4
y sin
4
y c os
4
z z
外电场的影响
1 no2
63Ez
x2
1 no2
63 E z
y2
1 ne2
z2
1
• 比较标准表达式： • 结论：
x2 nx2
高频电光调制之调制效率问题
• 高频调制的必要性 • 影响高频调制的因素 • 调制效率下降的原因及其补偿办法
0
1 LC
高频电光调制之渡越时间问题
• 问题存在的条件——调制信号变化的周期与光束穿过 晶体的时间可以比拟的时候。
• 分析的入手点：用积分的方法将每一时刻的贡献考虑 进去。
• 结果：ncm=c
• 逆向应用
调制方法的特性分析之 振幅调制
（前提：不考虑偏振）
• 调制前： E(z, t) E(z) sin(ct 0 )
• 调制后： E(z,t) f (q)E(z) sin(ct 0 )
• 光强： I I 0 f 2 (q)
• 特点：1、线性
2、谐波成分
调制方法的特性分析之 强度调制
•入射光波
• 物理意义及实际解决方案
•电场变化
•出射光波
电光偏转
• 电光偏转的意义：显示、存储、摄影......
• 光束传播的方向的定义——等相面的概念
• 实现的方法：构造一个折射率渐变的材料。
• 结果：
l D
no3
63 Ez
• 对于体调制器，这种偏转的能力很弱。一个半波电压 大约可以偏转一个光斑直径的距离。
第四章 光波的调制
• 用光波传递信息的特点 （带宽、保密、抗干扰）
• 光波的特征参量
E(z, t) E(z) sin(ct 0 )
• 调制方法（AM、IM、PM、 FM、PLM）
• 调制手段（电光、声光、 磁光、弹光）
• 光波的调制 1. 光源调制 2. 光波调制
• 光波的特征参量 • 调制方法 • 调制手段
电光开关
• 方案一：电光调制器+双折射晶体 • 特点：可以级联；二进制。 • 方案二：集成光学开关（全内反射原理） • 特点：体积小，控制电压低，串话小，开关速度高。
声光调制的物理基础
• 序言 • 一、镜面模型 • 二、粒子模型 • 三、耦合波模型 • 四、强度调制与偏转
声光调制的物理基础——序言
声光调制的物理基础——镜面模型（2）
• 相邻两镜面的反射光的相位应该相同（图4-17）
•
n2s sin 布拉格衍射公式
声光调制的物理基础——粒子模型
• 能量守恒——决定了衍射光的频率
i s d i s d • 动量守恒——决定了衍射波的方向
ki ks kd ki ks kd
• 的选择：对应两种碰撞过程。也可以用多卜勒效应 来解释。
•
结论——
2
63no3V
• 对偏振态的调制（输入为X方向偏振）
• 应用举例——半波电压的概念
电光调制的应用二——强度调制
• 光路图
• 三个关键面——起偏器、电光晶体、检偏器
• 输出光强 (参见图4-4)
I sin 2 ( V )
I0
2 V
• 线性问题及其纠正:插入波片! • 小信号调制结果
I I0
声光调制的物理基础——耦合波模型
• 电场对电极化矢量的影响：
p
0
(n2
1)e
• •
折由射麦率氏变方化程对，电 有极：化矢量2的e(影r,t响) ：p(rt2,e2t
)2
2 t 2
0 n(r,t)e(r,
pNL (r , t)
t
)
• 上式对入射波和衍射波均成立，故可写成两个标量方
程：
2 ei
• 功能：强度、方向、频率 • 成熟程度 • 影响光波的途径：声波改变材料的密度，
影响折射率的分布，形成一种体“光 栅”——声栅
声光调制的物理基础——镜面模型（1）
• 同一镜面上任意两点的贡献应同相(插入图4-16)
AC BD应该为的整数倍
n(x cosi x cos R ) m nx(cosi cos R ) m i R
• 频率调制：E(z,t) E(z) sin (c B )t 0
• 相位调制：E(z,t) E(z) sin[ct 0 (t)]
• 特点：向强度转化；抗干扰能力；灵敏度； 动态范围；成本……
电光调制的物理基础
• 电光效应（一次、二次）
(
1 n2
)
aE
bE
2
• 方向的概念（传播方向、偏振方向）
• 调制前： I I 0 • 调制后： I I 0 f (q)
• 特点：1、线性 2、易于实现
振幅（强度）调制的干扰问题
• 原因（光源波动、信道干扰） • 抗干扰措施： 1. 参考通道 2. 二次调制技术
调制方法的特性分析之 频率及相位调制
• 调制前：E(z, t) E(z) sin(ct 0 )