第三讲-电光调制器

第三章电光调制器

内容

?电光调制的基本原理

?铌酸锂（LiNbO3）电光调制器?半导体电吸收调制器（EAM）

电光调制

电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参

量的改变而改变。光波作为信息的载波。

强度调制的方式

作为信息载体的光载波是一种电磁场：()()

0cos E t eA t ωφ=+r r 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。在模拟信号的调制中称为AM 、FM 和PM ；在数字信号的调制中称为ASK 、FSK 和PSK 。调制器：将连续的光波转换为光信号，使光信号随电信号的变化而变化。性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置电

压。

电光调制的主要方式

直接调制：电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。

优点：采用单一器件

成本低廉

附件损耗小

缺点：调制频率受限，与激光器弛豫振荡有关

产生强的频率啁啾，限制传输距离

光波长随驱动电流而改变

光脉冲前沿、后沿产生大的波长漂移

适用于短距离、低速率的传输系统

电光调制的主要方式

外调制：调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号

而改变。

优点：不干扰激光器工作，波长稳定

可对信号实现多种编码格式

高速率、大的消光比

低啁啾、低的调制信号劣化

缺点：额外增加了光学器件、成本增加

增加了光纤线路的损耗

目前主要的外调制器种类有：电光调制器、电吸收调制器

调制器调制器连续光源

光传输

NRZ 调制格式

其他调制格式: ?相位调制

?偏振调制

?相位与强度调制想结合光传输RZ 调制格式

脉冲光源电光调制

折射率的改变通过

电介质晶体Pockels 效应和半导体材料

中的电光效应

光吸收的改变通过半导体材料中的Franz-Keldysh效应量子阱半导体材料中的量子限制的Stark 效应光与物质相互作用

相位调制

偏振调制

(双折射材料)

强度调制强度调制通过-干涉仪结构-定向耦合

光在晶体中的传播－电光效应

在光与物质相互作用中，电场强度（E）与电极化矢量（P）的关系。

在各向同性的介质中，P与E同向：

在各向异性的介质中，P与E一般不同向：

光在晶体中的传播－电光效应

泡克耳斯效应（Pockels effect）：

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应。折射率与所加电场强度的一次方成正比改变的为Pockels效应或线性电光效应，1893年由德国物理学家泡克耳斯发现。

光在晶体中的传播－电光效应

电光系数

?当外加直流电场时，晶体折射率的改变可表示为：

?18个矩阵元描述了晶体的电光特性

?仅有少数的矩阵元不为零，取决于晶体点群的对称性?对于GaAs和InP，属于43m点群，仅需要参数r41就可描述电光特性

?对于LiNbO3晶体，需用3个参量来进行描述。

电光效应和电光调制

电光效应和电光调制当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。1875年克尔（Kerr）发现了第一个电光效应。即某些各向同性的透明介质在外电场作用下变为各向异性，表现出双折射现象，介质具有单轴晶体的特性，并且其光轴在电场的方向上，人们称这种光电效应为克尔效应。1893年普克尔斯（Pokells）发现，有些晶体，特别是压电晶体，在加了外电场后，也能改变它们的各向异性性质，人们称此种电光效应为普克尔斯效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Ｈｚ的电场变化），因此被广泛用于高速摄影中的快门，光速测量中的光束斩波器等。由于激光的出现，电光效应的应用和研究得到了迅速发展，如激光通信、激光测量、激光数据处理等。一．实验目的 1．掌握晶体电光效应和电光调制的原理和实验方法。 2．观察电光效应所引起的晶体光性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 3．学会用简单的实验装置测量LN（LiNbO3铌酸锂）晶体半波电压。观察电光调制的工作性质。二．仪器用具电光效应实验仪，电光调制电源,LN晶体横向电光调制器，接收放大器,He-Ne激光器,二踪示波器和万用表。三．实验装置与原理（一）实验装置（1）电光效应实验仪面板如图所示。（2）晶体电光调制电源：调制电源由-200V—+200V之间连续可调的直流电源、单一频率振荡器（振荡频率约为1kHz）、音乐片和放大器组成，电源面板上有三位半数字面板表，可显示直流电压值。晶体上加的直流电压的极性可以通过面板上的“极性”键改变，直流电压的大小用“偏压”旋钮调节。调制信号可由机内振荡器或音乐片提供，此调制信号是用装在面板上的“信号选择”键来选择三个信号中的任意一个信

基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换

?激光元件与器件? 基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换范君柳1,冯秀舟2,方建兴2,朱爱敏1 1.苏州科技学院数理学院物理实验中心,苏州　215009; 2.苏州大学物理科学与技术学院,苏州　215006 提要:本文介绍了一种基于液晶空间光调制器(LCS LM )相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S 算法为基础计算出衍射光学元件(DOE )的表面相位分布;将DOE 表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCS LM 上,使得LCS LM 具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。关键词:液晶空间光调制器;相位调制;波面转换中图分类号:O439,O436.1,O438 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2009)06-0007-02 Conversion of w ave front based on phase modulation of liquid crystal spatial light modulator FAN Jun -liu 1,FE NG X iu -zhou 2,FANGJian -xing 2,ZHU Ai -m in 1 1.Center of Physics Laboratory ,School of M athematical and Physical Sciences ,University of Science and T echnology of Suzhou ,Suzhou 215009,China ; 2.School of Physical Science and T echnology ,S oochow University ,Suzhou 215006,China Abstract :A method of wave -front conversion based on phase m odulation of liquid crystal spatial light m odulator (LCS LM )is proposed.W e obtain the rela 2tion between phase and scale through measuring the phase -m odulation characteristics of LCS LM.Phase distribution of diffractive optical element ’s (DOE )are calculated using geometrical theory and G-S alg orithm ,the LCS LM is capable of wave -front conversion by changing phase distribution into gray distribution which is displayed on LCS LM.Experiments of G auss beam ’s wave -front conversion prove the accuracy and feasibility of the design method. K ey w ords :liquid crystal spatial light m odulator ;phase m odulation ;wave -front conversion 收稿日期:2009-08-13 基金项目:苏州科技学院教学质量工程建设项目(2008YK A -03)资助。作者简介:范君柳(1983-),男,助理实验师,主要从事信息光学和衍射光学的研究。在激光技术的许多应用领域中,光束质量至关重要。例如在激光加工、光学信息处理、存储与记录以及惯性约束核聚变(ICF )中往往需要使用形状各异甚至大小可变的激光光斑,而经常使用的单模激光光束的横截面上光强呈高斯分布,因此在实际应用中,根据不同的要求,人们常常需要将激光束波面进行转换,以达到改变激光束强度分布的目的。目前主要有这样几种典型的光束波面变换方法:光楔列阵(SW A )聚焦光学系统〔1〕、双折射透镜组〔2〕、随机相位板及二元光学元件(BOE )〔3〕等方法。其中二元光学元件对入射光进行波面变换具有衍射效率高,光斑轮廓可调等优点,但是其质量水平受微精细加工技术发展水平的制约,且它的激光损伤阈值较低,在强激光系统的应用上还有困难。在本文中我们提出利用液晶空间光调制器(LCS LM )的相位调制特性〔4-8〕结合几何理论〔9,10〕和G-S 算法〔11,12〕实现对入射激光的波面变换,得到了预期的实验结果,该方法不仅成本、功耗低,尺寸小,重量轻,而且具有更大的设计自由度,通过算法的改变可以将入射光变换成任意波面。 1　理论分析 1.1　波面转换理论波面转换通常需要衍射光学器件(Diffraction Optical E le 2ment -DOE )来实现,为了达到目标光强分布,需要设计器件表面的相位分布。而该设计过程是一个逆向过程,即已知输入光强分布和输出光强分布,来求解DOE 的相位分布,在这里我们主要利用几何理论和G-S (G erchberg -Saxton )算法来计算DOE 表面的相位分布。我们首先运用这两种算法分别计算出DOE 的表面相位分布,然后在计算机上模拟入射高斯光经过具有如此表面相位分布的DOE 后的衍射结果(见图1)。其中图1(b )为运用几何理论将入射高斯光的波面转换成正方框形光束,图1(c )为运用G-S 算法将入射高斯光转换成椭圆光。模拟过程中,主要参数选取为:波长λ=532nm ,DOE 所在处光腰半径ω(z )=3.0mm ,DOE 衍射焦距选取为f =250mm ,物面与像面抽样点数均为800×800。1.2　LCS LM 的相位调制特性对于由扭曲向列型液晶构成的液晶空间光调制器(Liq 2uid Crystal S patial Light M odulator -LCS LM )(结构如图2),运用琼斯矩阵方法〔13〕可得 T =cos γ〔cos (Ψ1-Ψ2+α)〕+αγ sin γ×sin (Ψ1-Ψ2+α)2 + β γsin γcos (Ψ1+Ψ2- α)(1)图1　计算模拟结果图2　液晶空间光调制器结构图 7 范君柳等:基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换《激光杂志》2009年第30卷第6期 LASER JOURNA L (V ol.30.N o.6.2009)

电光调制实验实验报告

电光调制实验实验报告【实验目的】 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法 2、学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数 3、观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象【实验仪器】铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器【实验内容及步骤】一、调整光路系统 1、调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上拉动滑块，近场远场都保证整个光路基本处于一条直线，即使光束通过小孔。放上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，即，使检偏器的主截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。 2、将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中

心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3、拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗字线，它将整个光场分成均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。如图四所示 4、旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴锥光图与偏振片垂直时是互补的。如图五所示图四图五 6、晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，说明单轴晶体在电场作用下变成双轴晶体，即电致双折射。如图六所示 7、改变晶体所加偏压极性，锥光图旋转90度。如图七所示图六图七8 只改变偏压大小时，干涉图形不旋转，只是双曲线分开的距离发生变化。这一现象说明，外加电场只改变感应主轴方向的主折射率的大小、折射率椭球旋转的角度和电场大小无关。二、依据晶体的透过率曲线(即T-V曲线)，选择工作点。测出半波电压，算出电光系数，并和理论值比较。我们用两种测量方法： 1、极值法晶体上只加直流电压，不加交流信号，并把直流偏压从小到大逐渐改变时，示波器上可看到输出光强出现极小值和极大值。

电光调制实验实验报告

广东第二师范学院学生实验报告院（系）名称物理系班别11物理本四B 姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验（2）实验项目名称电光调制实验实验时间2014年12月 18日实验地点物理楼五楼实验成绩指导老师签名内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得【实验目的】 1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法 2. 学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数 3. 观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象【实验仪器】铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器【实验内容及步骤】一、调整光路系统 1. 调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上拉动滑块，近场远场都保证整个光路基本处于一条直线，即使光束通过小孔。放上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，即，使检偏器的主截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。 2. 将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3. 拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗十字线，它将整个光场分成均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。如图四所示 4. 旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴锥光图与偏振片垂

10电光调制器解析

第10课：电光调制器（光学BPM）本课介绍如何制作一个3D模拟的线性电光效应（Pockels效应）改性的材料。参考波导设计[1]如图1所示。本节中，该波导被创建时，电位被施加到电极上，并将结果进行比较，参考文献[1]。图1：这是参考1图2，绘制倒挂。该波导是一个“底- 删除”的设计，使包层是BCB，用胶水波导到另一个基板，未显示的聚合物。这种安装暴露AlGaAs敷层在空气中，并在背面电极蒸发那里。所有的长度都在微米。

OptiBPM中有另一个，老年人，电光模块。此遗留功能是专门三个共面的电极上扩散电极在铌酸锂中使用时。参见第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。如果不需要你想要的符合模型，以这种特定的情况下，系统，以及有关电极阻抗的信息，你可能要考虑所描述的电极区域功能第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。对于所有其他电光模拟，在本教程中所描述的功能应该被使用。在这个例子中的材料系统是砷化铝镓。脊结构形成波导和支持TE 和TM波，虽然只有TE模式被激发在我们的例子。电极是金属和不显著相交的引导模式。当电极有电势差时，大多垂直电场出现在支持光模的材料。的材料的折射率由electo光效应略有修改。的影响小，但它可以使在光学波的相位的显著差异传播很长的距离后，1厘米的顺序。根据文献[1]，采用17.8 V该顶面和背面电极之间的电位差应在波导的基本模式1厘米传播后，引起皮的相位变化。

为了使模拟电压依赖性光学相移项目，请按照下列步骤。一个完成的项目可以在教程Samples目录中找到名为 Lesson10_ElectroOptic.bpd。建议您已经完成了第1课：入门。这也是一个好主意，已经完成了第9课：创建一个芯片到光纤对接耦合器为好，以熟悉无电光效果的3D BPM模拟问题。定义介质材料步行动 1 在新的项目中，打开配置文件设计，并在科材料/绝缘创建砷化镓一种新材料。命名材料GaAs155，并在新材料的二维和三维各向同性选项卡中输入的3.421076的折射率。折射率的这个值是从参考文献2。砷化镓电光张量具有非零分量R41 = R5 2 = R63在晶体中的坐标系。但是，该设备的波导轴旋转时在XZ平面上由45°相对于晶轴，使垂直（平行于Y）的静电场由电光系数等于R41影响到在TE模式。在这个项目中，我们将模拟一个TE模式，因此进入R41系数为RV，垂直电光系数。（选择的电子光学效应的复选框）的电场的水平部分不影响水平偏振的TE模式，所以相对湿度应该被设置为零。

2 相位调制器的结构

2 相位调制器的结构 2.1 “lxl”形式的光相位调制器传统的光学相位调制器 (体相位调制器或波导相位调制器)，只有一条基本的光路，仅考虑单频光通过一个相位调制器的基本结构，即如图3所示的形式，我们称之为“lxl”形式的光相位调制器。图3 相位调制器的基本结构图当光信号通过相位调制器之后，输出光场的表达式为公式为： () () 0+2+=A =A m j t jf t j f t jf t LW LW out E e e ωπ （4）本论文中，假设f(t)是单频正弦波信号，即： ()()() 00sin 2sin RF RF m m f t A f t A t π?ω?=+=+ （5） 2.1.1 体相位调制器我们知道单轴晶体妮酸铿晶体 (3LiNbO ) 以及与之同类型的 3L iT aO 、3 BaTaO 酸铿等晶体，属于同一类晶体点群。它们光学均匀性好，不潮解，因此在光电子技术中经常使用。并且此类晶体在被施加外加电场之后，其折射率椭球就会发生“变形”。以妮酸铿电光材料为例，将该晶体用于相位调制器，可以有以下几种基本的应用方式: 情况1:入射光沿 1 x 方向入射精况1.l ：入射光沿3x 方向偏振情况1.2：入射光沿 2 x 方向偏振情况2:入射光沿3x 方向入射这里只讨论情况1.1，如下图(图4)所示:

图4 体相位调制器的基本结构图如果入射光是万方向的线偏振光，外加电场信号V(t)，则在该方向上的折射率变为: ' 3 23333 12 e e n n n n E γ==- （7）光通过该调制器后的相位变化为: ()3 23312z e e V t n l n n l c c d ω ω?γ? ?= = - ??? （8）体相位调制器是一种电光调制器，具有较大体积的分离器件。为了使通过的光波受到调制，需要改变晶体的光学性质，而这需要给整个晶体施加外加相当高的电压。 2.1.2 波导相位调制器光波导相位调制器件可以把光波限制在微米量级的波导区中，并使其沿一定的方向传播。光波导相位调制器是通过使用电光材料(如 lithium niobate(LN)， lithium tantalate(LT)，gallium arsenide(GaAs)等等)的电光特性以及一定的光波导结构，来实现光的相位调制的。光波导相位调制器能使介质的介电张量(折射率)产生微小的变化，从而使两传播模式之间有一定的相位差，并且由于外场的作用导致波导中本征模传播特性的变化以及两不同模式之间的藕合。以 3 LiNbO 晶体为例子，实际应用中常见的光波导相位调制器结构如下图(图5)所示:

晶体电光调制实验

晶体电光调制与光通信实验实验人：合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术 2011 级 1 班，学号11343026）一．实验目的 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2.学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3.观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。二．实验原理 1.电光效应当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。电场引起的折射率的变化： +++=2 00bE aE n n 其中a 和b 为常数， 0n 为0E =0时的折射率。光在各向异性晶体中传播时，因光的传播方向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的折射率也不同。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为： 1 2 3 22 2 22 1 2 =+ + n z n y n x 式中1n 、2n 、3n 为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成： 1 222212 213 223 233 2 222 2 211 2 =+ + + + + n xy n xz n yz n z n y n x 晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效应，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为 1 22 20 2 2=+ +e n z n y x 加上电场后折射率椭球发生畸变，当x 轴方向加电场，光沿z 轴方向传播时，晶体由单轴晶变为双轴晶，垂直于光轴z 轴方向的折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为 1 2)1 ( )1 ( 222 2220 2 2220 =-++-xy E y E n x E n x x x γγγ 2.电光调制原理

纯相位空间光调制器动态控制光束偏转

文章编号:025827025(2006)0720899204 纯相位空间光调制器动态控制光束偏转刘伯晗,张　健 (哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001) 摘要　提出并设计了一个采用液晶空间光调制器(L CSL M )作为光束动态偏转器件的无机械光束扫描系统,实现了光束的方向和强度的可编程控制,解决了远场任意图形的激光光束动态逼近问题。逼近方法采用纯相位调制技术和傅里叶迭代优化算法结合的衍射图形相位优化设计方法。介绍了点阵图形发生原理并给出实验装置图。实验结果显示,用该方法产生的二维阵列式光束,其光斑强度偏差度小于8%,图形发生响应时间小于100ms ,该实验结果能够满足多光束准确动态偏转的要求。该系统具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。关键词　激光应用;空间光调制器;光束偏转;优化算法;相位调制中图分类号　TN 249 文献标识码　A Dynamical Laser Beams Steering with Phase 2Only Spatial Light Modulator L IU Bo 2han ,ZHAN G Jian (I nstitute of Ult ra 2Precision O ptoelect ronic I nst rument Engineering ,H arbin I nstitute of Technology ,H arbin ,Heilong j iang 150001,China ) Abstract A non 2mechanical beam steering system is proposed and designed to resolve the problem of approaching the far 2field diff ractive pattern with laser beams.A beam steering method based on the phase only modulation with a liquid crystal spatial light modulator (L CSL M )is studied and described to control the light beams programmably.The Fourier iterative optimal algorithm is adopted to design the optimal phases approaching the expected far 2field diffractive pattern.The schematic diagram and the experimental set 2up are given.Results show that the method can generate 22D spots arrays with the intensity error rate less than 8%.The response time of generating the dynamical diffractive pattern is less than 100ms.With the merits of lightness ,precision and quick response ,this scanning system is of value in the fields of multi 2object tracing ,laser guiding and multi 2object defense.K ey w ords laser application ;spatial light modulator ;beam steering ;optimal algorithm ;phase modulation 收稿日期:2005210231;收到修改稿日期:2006202224 作者简介:刘伯晗(1977—),男,吉林人,哈尔滨工业大学博士研究生,主要从事光电测试、空间光信息处理方面的研究。E 2mail :hit_bohanliu @https://www.360docs.net/doc/a912334179.html, 导师简介:张　健(1944— ),男,江苏无锡人,哈尔滨工业大学教授,博士生导师,主要从事光电精密测量及信息处理方面的研究。E 2mail :zjlab @https://www.360docs.net/doc/a912334179.html, 1　引　言目前,传统的激光雷达因采用万向节等具有机械惯性的扫描装置而使其性能受到限制,迫切需要一种精确、快速响应的无机械惯性的扫描元件来代替[1]。基于光学相位阵列技术的液晶空间光调制器,作为具有克服以上诸多缺点潜力的新型可编程衍射光学元器件正在得到广泛应用[1,2]。由于纯相位液晶空间光调制器可以实现相位的连续调制,这一点使其非常适用于空间光束偏转,因而其在激光相控阵雷达和自由空间光互连等领域有广阔的应用前景[3,4]。据现有资料,国内对液晶空间光调制器的研究尚处于起步阶段[5～8]。本文设计了一个能够发射任意衍射点阵图形的系统装置。设计中的一个核心部件是液晶空间光调制器(L CSL M ),是美国BNS (Boulder Nonlinear Systems )公司的专利产品,是近年发展起来的微电子机械(M EMS )领域的最新研究成果[9]。该系统采用液晶空间光调制器,通过对一组激光束的相位进行控制和波束合成,成　第33卷　第7期2006年7月中　国　激　光 C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERS Vol.33,No.7 J uly ,2006

电光调制器

第三章电光调制器

内容 ?电光调制的基本原理 ?铌酸锂（LiNbO3）电光调制器?半导体电吸收调制器（EAM）

电光调制电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参量的改变而改变。光波作为信息的载波。强度调制的方式作为信息载体的光载波是一种电磁场：()() 0cos E t eA t ωφ=+r r 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。在模拟信号的调制中称为AM 、FM 和PM ；在数字信号的调制中称为ASK 、FSK 和PSK 。调制器：将连续的光波转换为光信号，使光信号随电信号的变化而变化。性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置电压。

电光调制的主要方式直接调制：电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。优点：采用单一器件成本低廉附件损耗小缺点：调制频率受限，与激光器弛豫振荡有关产生强的频率啁啾，限制传输距离光波长随驱动电流而改变光脉冲前沿、后沿产生大的波长漂移适用于短距离、低速率的传输系统

电光调制的主要方式外调制：调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号而改变。优点：不干扰激光器工作，波长稳定可对信号实现多种编码格式高速率、大的消光比低啁啾、低的调制信号劣化缺点：额外增加了光学器件、成本增加增加了光纤线路的损耗目前主要的外调制器种类有：电光调制器、电吸收调制器

调制器调制器连续光源光传输 NRZ 调制格式其他调制格式: ?相位调制 ?偏振调制 ?相位与强度调制想结合光传输RZ 调制格式脉冲光源电光调制折射率的改变通过电介质晶体Pockels 效应和半导体材料中的电光效应光吸收的改变通过半导体材料中的Franz-Keldysh效应量子阱半导体材料中的量子限制的Stark 效应光与物质相互作用相位调制偏振调制 (双折射材料) 强度调制强度调制通过-干涉仪结构-定向耦合

电光调制器工作点控制课程设计论文

基于锁相放大器的电光调制器工作点放大摘要：关键词：引言：基于光时域反射（OTDR）技术的分布式光纤传感系统不仅具有无电磁辐射、抗干扰能力强、化学稳定性好等优点，而且其传感元件仅为光纤，单端测量即可同时获得被测量在时间和空间上的分布状况，空间分辨率可以达到米量级。相对于传统的电传感仪器，具有其自身独特的优势。其中电光调制器EOM产生的光脉冲具有更快的上升沿，可以获得更高的空间分辨率，其消光比通常也比较高，可以达到30~40dB，且调制过程中无啁啾效应。由于基于光时域反射技术的分布式光纤传感系统常常需要达到米量级的空间分辨率，所以常采用EOM作为探测光脉冲的发生器。然而EOM的工作点在长期工作时易发生漂移现象，从而引起探测光脉冲消光比的波动，降低传感系统的信噪比。因此需要采用自动控制装置对EOM工作点进行锁定。本文在分析EOM调制特性及传统EOM工作点锁定方法局限性的基础上，提出一种基于所想放大器反馈的EOM工作点控制方法，以期实现消光比高、稳定性好的光脉冲输出，降低EOM 工作点漂移对基于光时域反射技术的分布式光纤传感系统性能的影响。 2 基于EOM的脉冲光调制原理 2.1 EOM的工作点选取 EOM 是利用某些晶体的电光效应对光信号进行调制的器件。对一个典型的铌酸锂MZ 电光调制器来说，它的传递函数可以用公式（1）来描述[1]： p=1 ?[1+cos?( π ?Vbias+VRF+ψoffset] 其中，p是归一化的输出光功率，Vbias与VRF分别是给EOM加的直流偏置电压和射频调制电压；Vπ是EOM的半波电压，ψoffset是初始的偏移相位。为EOM输出特性曲线漂移示意图，EOM光功率-电压传递函数曲线如图1中实线所示

铌酸锂晶体电光调制器的性能测试_OK

铌酸锂(LiNb03)晶体电光调制器的性能测试铌酸锂（LiNbO3）晶体是目前用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料，非线性光学材料及表面波基质材料。电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。有些晶体部由于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势取向，因此，必然改变晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。铌酸锂调制器，应具有损耗低、消光比高、半波电压低、电反射小的高可靠性的性能。【实验目的】 1．了解晶体的电光效应及电光调制器的基本原理性能． 2. 掌握电光调制器的主要性能消光比和半波电压的测试方法 3. 观察电光调制现象【实验仪器】 1．激光器及电源 2．电光调制器(铌酸锂) 3．电光调制器驱动源 4. 检流计 5．示波器 6．音频输出的装置 7．光具台及光学元件【实验原理】 1．电光效应原理某些晶体在外电场作用下，构成晶体的原子、分子的排列和它们之间的相互作用随外电场E 的改变发生相应的变化，因而某些原来各向同性的晶体，在电场作用下，显示出折射率的改变。这种由于外电场作用而引起晶体折射率改变的现象称为电光效应。折射率N 和外电场E 的关系如下： ΛΛ++=-2 20 211RE rE n n (1) 式中，0n 为晶体未加外电场时某一方向的折射率，r 是线性电光系数，R 是二次电光系数。通常把电场一次项引起的电光效应叫线性电光效应，又称泡克尔斯效应；把二次项引起的电光效应叫做二次电光效应，又称克尔效应。其中，泡克尔斯效应只在无对称中心的晶体中才有，而克尔效应没有这个限制。只有在无对称中心的晶体中，与泡克尔斯效应相比，克尔效应较小，通常可忽略。目前普遍采用线性电光效应做电光调制器，这样就不再考虑（1）式中电场E 的二次项和高次项。因此（1）式为：

PZT型相位调制器1

OPE A K ? PZT-LSM 型相位调制器是一款光纤缠绕在压电陶瓷（PZT ）上，利用PZT 压电效应所构成的相位调制器件，采用独特的多层缠绕方法，使得该产品具有高稳定性、高速调制特性，可选配多种类型光纤（见订购信息），可应用于开环相位调制解调、可变光纤延迟线、光纤干涉仪、＆ OTDR 、光纤震动校准等光学传感领域。该模块外形紧凑小巧，方便客户进行系统集成。低的电压驱动能力，适用于标准信号源驱动能力。 ? 极小封装尺寸。 ? 多种光纤类型可选（SM/PM ）。 ? 高速调制速率。 ? 低电压驱动能力。 ? 独特缠绕方式。应用领域 ? 光学（光纤）干涉仪 ? 相位调制器 ? 光纤延迟线 ? ＆OTDR ? 光纤传感

测试图谱性能参数最小值典型值最大值备注 1注：插入损耗在单模时含连接器损耗，保偏时不含连接器损耗。性能指标图1搭建等臂长马赫曾德干涉仪测试图谱测试数据图2 驱动频率29KHz 时，驱动电压与光纤膨胀量

订购参数 ESD Protection The laser diodes and photodiodes in the module can be easily destroyed by electrostatic discharge. Use wrist straps, grounded work surfaces, and anti-static techniques when operating this module. When not in use, the module shall be kept in a static-free environment. Laser Safety The module contains class 3B laser source per CDRH, 21CFR 1040.10 Laser Safety requirements. The module is Class IIIb laser products per IEC 60825-1:1993. 外形尺寸

3晶体的电光效应与电光调制_实验报告

晶体的电光效应与光电调制实验目的： 1) 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压； 2) 学习电光调制的原理和试验方法，掌握调试技能； 3) 了解利用电光调制模拟音频通信的一种实验方法。实验仪器： 1) 晶体电光调制电源 2) 调制器 3) 接收放大器实验原理简述：某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应 1、电光调制原理 1) 横向光电调制如图入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x 轴的线偏振光，他在晶体感应轴x ’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为 wt A e x cos 0'=wt A e y cos 0'= 用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为A E x =)0('A E y =)0(' 所以入射光的强度为22 '2 '2)0()0(A E E E E I y x i =+=?∝ 当光通过长为l 的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差A l E x =)('δi y Ae l E -=)(' 通过检偏器出射的光，是这两个分量在y 轴上的投影之和

() 12 45cos )()('0-= ?=-δ δi i y y e A e l E E 其对应的输出光强I t 可写为()()[] 2 sin 2*2200δ A E E I y y t =?∝ 由以上可知光强透过率为2 sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式()d l V r n l n n y x 223 0'' 22λ π λ π δ= -= 当相位差为π时?? ? ??= l d r n V n 223 02λ 由以上各式可将透过率改写为()wt V V V V V T m sin 2sin 2sin 02 2 +==π π π π可以看出改变V0或 Vm ，输出特性将相应变化。 1) 改变直流电压对输出特性的影响把V0=Vπ/2带入上式可得 ()?? ???? ???? ??+=+==wt V V wt V V V V V T m m sin sin 121sin 2sin 2sin 02 2 πππππ π 做近似计算得?? ???????? ??+≈ wt V V T m sin 121ππ 即T ∝Vmsinwt 时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制如果Vm ＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。

电光调制器

电光调制器的原理要用激光作为传递信息的工具,首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去的问题,我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制,把完成这一过程的装置称为激光调制器.由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调.因为激光实际上只起到了"携带"低频信号的作用,所以称为载波,而起控制作用的低频信号是我们所需要的,称为调制信号,被调制的载波称为已调波或调制光.按调制的性质而言,激光调制与无线电波调制相类似,可以采用连续的调幅,调频,调相以及脉冲调制等形式,但激光调制多采用强度调制.强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号,使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化.激光调制之所以常采用强度调制形式,主要是因为光接收器一般都是直接地响应其所接受的光强度变化的缘故. 激光调制的方法很多,如机械调制,电光调制,声光调制,磁光调制和电源调制等.其中电光调制器开关速度快,结构简单.因此,在激光调制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用.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,叫做横向电光调制编辑本段电光调制器的应用在电通信系统中,原始率数字信号电平的峰－峰值只有0.8V。因为数据率大于2.5Gb/s的铌酸锂调制器的半波电压（Vp）较高，故都需要用驱动器来推动调制器。驱动器不仅要有很宽的工作频带，并且要能提供足够大的微波输出功率。例如：对于10Gb/s、Vp＝5.5V的调制器，需要驱动器具有75KHz 到8GHz的工作频带及20dBm（100mW）的1dB输出功率。制作率的驱动器是非常困难的，因此制作具有低Vp的调制器是很受欢迎的。当然，也要求调制器有良好的其他性能，如低的光插入损耗、大的消光比、小的光反射损耗、弱的电反射损耗和合适的啁啾（chirp）参量。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。

电光调制实验报告(1)

光电工程学院 2013 / 2014学年第 2 学期实验报告课程名称：光电子基础实验实验名称：电光调制实验班级学号 1213032809 学生姓名丁毅指导教师孙晓芸日期：2014年 5 月07 日

电光调制实验【实验目的】 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法； 2、学会用实验装置测量晶体的半波电压，绘制晶体特性曲线，计算电光晶体的消光比和透射率。【实验仪器及装置】电光调制实验仪（半导体激光器、起偏器、电光晶体、检偏器、光电接收组件等）、示波器。实验系统由光路与电路两大单元组成，如图3.1所示：图3.1 电光调制实验系统结构一、光路系统由激光管（L）、起偏器(P)、电光晶体(LN)、检偏器(A)与光电接收组件(R)以及附加的减光器(P1)和λ/4波片(P2)等组装在精密光具座上，组成电光调制器的光路系统。注：?本系统仅提供半导体激光管(包括电源)作为光源，如使用氦氖激光管或其他激光源时，需另加与其配套的电源。 ?激光强度可由半导体激光器后背的电位器加以调节，故本系统未提供减光器(P 1 )。 ?本系统未提供λ/4波片(P 2 )即可进行实验，如有必要可自行配置。

二、电路系统除光电转换接收部件外，其余包括激光电源、晶体偏置高压电源、交流调制信号发生、偏压与光电流指示表等电路单元均组装在同一主控单元之中。图3.2 电路主控单元前面板图3.2为电路单元的仪器面板图，其中各控制部件的作用如下： ?电源开关用于控制主电源，接通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电。 ?晶体偏压开关用于控制电光晶体的直流电场。（仅在打开电源开关后有效） ?偏压调节旋钮调节直流偏置电压，用以改变晶体外加直流电场的大小。 ?偏压极性开关改变晶体的直流电场极性。 ?偏压指示数字显示晶体的直流偏置电压。 ?指示方式开关用于保持光强与偏压指示值，以便于读数。 ?调制加载开关用于对电光晶体施加内部的交流调制信号。（内置1KHz的正弦波） ?外调输入插座用于对电光晶体施加外接的调制信号的插座。（插入外来信号时内置信号自动断开） ?调制幅度旋钮用于调节交流调制信号的幅度。 ?调制监视插座将调制信号输出送到示波器显示的插座。 ?解调监视插座将光电接收放大后的信号输出到示波器显示的插座，可与调制信号进行比较。 ?光强指示数字显示经光电转换后的光电流相对值，可反映接收光强大小。?解调幅度旋钮用于调节解调监视或解调输出信号的幅度。

电光调制器工作基本知识是什么

电光强度调制器的设计一、电光强度调制利用晶体的电光效应，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，可控制光在传播过程中的强度。强度调制是使光载波的强度(光强)随调制信号规律变化的激光振荡，如图下图所示。光束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强变化。 1、电光强度调制装置示意图及原理它由两块偏振方向垂直的偏正片及其间放置的一块单轴电光晶体组成，偏振片的通振方向分别与x,y轴平行。

根据晶体光学原理，在电光晶体上沿z 轴方向加电场后，由电光效应产生的感应双折射轴'x 和'y 分别与x,y 轴成45°角。设'x 为快轴，'y 为慢轴，若某时刻加在电光晶体上的电压为V ，入射到晶体的在x 方向上的线偏振激光电矢量振幅为E ，则分解到快轴'x 和慢轴'y 上的电矢量振幅为'x E ='y E =E/2。同时，沿'x 和'y 方向振动的两线偏振光之间产生如下式表示的相位差 V 6330 2γμλ δπ = 0μ-晶体在未加电场之前的折射率 63γ-单轴晶体的线性电光系数，又称泡克尔系数

从晶体中出射的两线偏振光在通过通振方向与y 轴平行的偏振片检偏，产生的光振幅如下图分别为y E x'、y E y'，则有y E x'=y E y'=E/2，其相互间的相位差为()πδ+。此二振动的合振幅为 () () ()δδπδcos 121 cos 21 41cos 22222''2 '2'2'-=-+= +++=E E E E E E E E E y y y x y y y x 因光强与振幅的平方成正比，所以通过检偏器的光强可以写成令比例系数为1： 2 sin 2 sin 2 02 22'δ δ I E E I === 即 V I I λ γπμ63 302 0sin = 显然，当晶体所加电压V 是一个变化的信号电压时，通过检偏器的光强也随之变化。如下图I/0I -V 曲线的一部分及光强调制的工作情形。