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電光�(diào)制器
閱讀�11099�(shí)間:2011-02-12 10:46:40

  電光�(diào)制器是大容量光纖傳輸�(wǎng)�(luò)和高速光電信息處理系�(tǒng)中的�(guān)鍵器�。電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效�(yīng),即某些晶體在外加電場的作用�,其折射率將�(fā)生變�,當(dāng)光波通過此介�(zhì)�(shí),其傳輸特性就受到影響而改��

物理基礎(chǔ)

  光波在介�(zhì)中的傳播�(guī)律受到介�(zhì)折射率分布的制約,而折射率的分布又與其介電常量(電容率)密切相�(guān)。晶體折射率可用施加電場E的冪級數(shù)表示,即

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  式中� γE 是一次項(xiàng),由該項(xiàng)引起的折射率變化,稱為線性電光效�(yīng)或泡克耳斯(Pockels)效應(yīng);由二次�(xiàng) bE2 引起的折射率變化,稱為二次電光效�(yīng)或克爾(Kerr )效�(yīng)。對于大多數(shù)電光晶體材料,一次效�(yīng)要比二次效應(yīng)顯著,可略去二次�(xiàng)�

�(shè)�(jì)

  1. 電光晶體材料的選�

  �(diào)制晶體材料對�(diào)制效果起著關(guān)鍵的作用,所以在選擇晶體材料�(shí),應(yīng)著重考慮以幾�(gè)方面的因素:

  A.  首先是光�(xué)性能�,對調(diào)制光波透明度高,吸收和散射損耗小并且晶體的折射率均勻,其折射率的變化應(yīng)滿足△n�10-4/cm�

  B.   其次是電光系�(shù)要大,因?yàn)檎{(diào)制器的半波電壓及所耗功率分別與γ63 和�632 成反��

  C.   此外,調(diào)制晶體還要有較好的物理化�(xué)性能(主要指硬�、光破壞與制、閾�、溫度影響和潮解�)�

  2.降低調(diào)制器功率損耗的方法

  由于KDP類電光晶體的半波電壓較高,為了降低其功率損耗,可采用n級晶體串�(lián)的方�(即光路上串聯(lián)、電路上并聯(lián))。一�(gè)4塊KD*P晶體串聯(lián)的縱向調(diào)制晶�,把相同極性的電極�(lián)接在一�,為使四塊晶體對入射的偏振光的兩�(gè)分量的相位延遲皆有相同的符號,則把晶體的x和y軸逐塊旋轉(zhuǎn)90°安置(例如第二塊晶體的x、y軸相對于、三塊x、y軸旋�(zhuǎn)90�),其�(jié)果使相位延遲相加,這相�(dāng)于降低了半波電壓。但串接晶體塊數(shù)亦不宜過�,以免造成透過率太低或電容太大�

  3.電光晶體尺寸的選擇

  電光晶體的尺寸是指其長度和橫截面的大小。在KDP類晶體縱向運(yùn)用中,雖然半波電壓與晶體長度無關(guān),但增加其長度卻能減小調(diào)制器的電�(�?yàn)镃o=εA / L)使頻帶展�,可是長度越長對加工及裝�(diào)精度要求越高,否�,晶體的光軸不可能完全平行于光波傳播方向,會(huì)受到晶體自然雙折射的影響,因而增加調(diào)制器的相位延遲的不穩(wěn)定�,故L不能過長。橫向截面的大小主要根據(jù)通光孔徑的要求而定�

原理

  要用激光作為傳遞信息的工具,首先要解決如何將傳輸信號加到激光輻射上去的問題,我們把信息加載于激光輻射的過程稱為激光調(diào)�,把完成這一過程的裝置稱為激光調(diào)制器.由已�(diào)制的激光輻射還原出所加載信息的過程則稱為解調(diào).�?yàn)榧す�?shí)際上只起到了"攜帶"低頻信號的作�,所以稱為載�,而起控制作用的低頻信號是我們所需要的,稱為�(diào)制信�,被調(diào)制的載波稱為已調(diào)波或�(diào)制光.按調(diào)制的性質(zhì)而言,激光調(diào)制與無線電波�(diào)制相類似,可以采用連續(xù)的調(diào)�,�(diào)�,�(diào)相以及脈沖調(diào)制等形式,但激光調(diào)制多采用�(qiáng)度調(diào)�.�(qiáng)度調(diào)制是根據(jù)光載波電場振幅的平方比例于調(diào)制信�,使輸出的激光輻射的�(qiáng)度按照調(diào)制信號的�(guī)律變�.激光調(diào)制之所以常采用�(qiáng)度調(diào)制形�,主要是因?yàn)楣饨邮掌饕话愣际侵苯拥仨�?yīng)其所接受的光�(qiáng)度變化的緣故.

  激光調(diào)制的方法很多,如機(jī)械調(diào)�,電光�(diào)�,聲光�(diào)�,磁光�(diào)制和電源�(diào)制等.其中電光�(diào)制器開關(guān)速度�,�(jié)�(gòu)簡單.因此,在激光調(diào)制技�(shù)及混合型光學(xué)雙穩(wěn)器件等方面有廣泛的應(yīng)�.電光�(diào)制根�(jù)所施加的電場方向的不同,可分為縱向電光調(diào)制和橫向電光�(diào)�.利用縱向電光效應(yīng)的調(diào)�,叫做縱向電光�(diào)�,利用橫向電光效應(yīng)的調(diào)�,叫做橫向電光�(diào)�.

�(yīng)�

  在電通信系統(tǒng)�,原始率數(shù)字信號電平的峰-峰值只�0.8V。因?yàn)�?shù)�(jù)率大�2.5Gb/s的鈮酸鋰�(diào)制器的半波電壓(Vp)較�,故都需要用�(qū)�(dòng)器來推動(dòng)�(diào)制器。驅(qū)�(dòng)器不僅要有很寬的工作頻帶,并且要能提供足夠大的微波輸出功�。例如:對于10Gb/s、Vp�5.5V的調(diào)制器,需要驅(qū)�(dòng)器具�75KHz �8GHz的工作頻帶及20dBm�100mW)的1dB輸出功率。制作率的驅(qū)�(dòng)器是非常困難�,因此制作具有低Vp的調(diào)制器是很受歡迎的�

  �(dāng)�,也要求�(diào)制器有良好的其他性能,如低的光插入損耗、大的消光比、小的光反射損�、弱的電反射損耗和合適的啁啾(chirp)參��

  電光�(diào)制器有很多用�。相位調(diào)制器可用于相干光纖通信系統(tǒng),在密集波分�(fù)用光纖系�(tǒng)中用于產(chǎn)生多光頻的梳形發(fā)生器,也能用作激光束的電光移頻器�

  電光�(diào)制器有良好的特性,可用于光纖有線電視(CATV)系�(tǒng)、無線通信系統(tǒng)中基站與中繼站之間的光鏈路和其他的光纖模擬系�(tǒng)�

  電光�(diào)制器除了用于上述的系�(tǒng)中用于產(chǎn)生高重復(fù)頻率、極窄的光脈沖或光孤子(Soliton�,在先�(jìn)雷達(dá)的欺騙系�(tǒng)中用作為光子寬帶微波移相器和移頻�,在微波相控�?yán)走_(dá)中用作光子時(shí)間延遲器,用于光波元件分析儀,測量微弱的微波電場��