光调制器的原理|类型|应用

　　光调制器是通过电压或电场的变化Z终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Frang-Keldgsh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

　　光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是Z重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

　　其中电光调制器是通过电压或电场的变化Z终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用Z为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度，其作用是非常重要的。

　　光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括“去背景信号、去噪声、抗干扰”在内的形式变换，从而使之便于处理、传输和检测。

　　根据将信息加载到光波上的位置，可将光调制器的调制类型分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱动电源;另一类是直接对广播进行调制。前者主要用于光通讯，后者主要用于光传感。简称为：内调制和外调制。根据调制方式，光调制器调制类型又有：①强度调制;②相位调制;③偏振调制;④频率和波长调制。

　　1、强度调制

　　光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。

　　2、相位调制

　　利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。

　　光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相

　　声光调制器是控制激光束强度变化的声光器件。调制信号是以电信号形式作用于电声换能器上，再转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为携带信息的强度调制波。

　　声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率;与电光调制技术相比，它有更高的消光比(一般大于1000：1)，更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格;与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。根据它的用途特点可分为：脉冲声光调制器、线性声光调制器、正弦声光调制器、红外声光调制器等。

　　声光调制器由声光介质和压电换能器构成。当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时，换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质，在介质内形成折射率声变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。

　　当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制;当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。

　　声光调制是基于声光效应而实现的。声光调制器由声光介质、电-声换能器、吸声(或反射)装置及驱动电源等组成。

　　声光介质是指声光相互作用的区域。当一束光通过变化的声场时，由于光和超声场的相互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，利用衍射光的强度随超声波强度的变化而变化的性质，就可以制成光强度调制器。

　　电-声换能器(又称超声发生器)可以利用某些压电晶体(如石英、LiNbO3等)或压电半导体(如CdS、ZnO等)的反压电效应，在外加电场作用下产生机械振动而形成超声波，因此它起着将调制的电功率转换成声功率的作用。

　　吸声(或反射

　　电光调制器是利用介质的线性电光效应。在外加调制信号时，介质的折射率在信号电场的作用下由于电光效应而产生变化，当光载波进入调制器后这种变化Z终将引起光载波的相位、振幅或频率上的变化。

　　电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(LiNbO3)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTaO3)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。

　　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。

　　将电光调制器应用于激光通信的主要目的是对激光通信系统中激光器的速率、功率、宽带的宽进行有效调制，这要求电光调制器能够在无失真传输激光的基础上，实现对上述参数的有效调制。因此，进行电光调制器设计，应明确以下目标：高消光比、低驱动电压、高调制速