光电子技术王俊波电光调制PPT
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电光调制器PPT幻灯片课件
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电光调制
半波电压：是指调制器从关态到开态的驱动电压。 调制带宽：强度调制的调制带宽反映了器件工作的频率范围，它
的定义是调制深度落到其最大值的50%所对应的上下两频率之差。 调制带宽是量度调制器所能使光载波携带信息容量的主要参数。 特性阻抗：要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。 透过率：调制器的输出光与输入光之比称为透过率。 消光比：消光比是衡量电光开关性能的指标。消光比越大越好， 因为切断时通过的光越小，切开效果越好。 插入损耗：插入损耗是反映调制器插入光路引起光功率损耗程度 的参数。对于外部调制器而言，必须保证器件的插入损耗最小。 品质因数：即驱动电压与电极长度的乘积。
9
电光效应
利用泡克耳斯电光效应实现电光调制可以分为两种情况： 一是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的。但在
时间上是变化的。当一束光通过晶体之后，可以使一个随 时间变化的电信号转换成光信号，由光波的强度或相位变 化来体现要传递的信息，这种情况主要应用于光通信、光 开关等领域。 一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布， 形成电场图像，即随X和y坐标变化的强度透过率或相位分 布，但在时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进 行调制。
5
电光效应
电光调制的物理基础：电光效应 电光效应：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。 电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。 外加电场时晶体的折射率是电场E的函数，可表示为
n n0 aE bE2 ... 或 n n n0 aE bE 2 ...
折射率椭球方程可以描述光波在晶体 中的传播特性。
电光调制
半波电压：是指调制器从关态到开态的驱动电压。 调制带宽：强度调制的调制带宽反映了器件工作的频率范围，它
的定义是调制深度落到其最大值的50%所对应的上下两频率之差。 调制带宽是量度调制器所能使光载波携带信息容量的主要参数。 特性阻抗：要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。 透过率：调制器的输出光与输入光之比称为透过率。 消光比：消光比是衡量电光开关性能的指标。消光比越大越好， 因为切断时通过的光越小，切开效果越好。 插入损耗：插入损耗是反映调制器插入光路引起光功率损耗程度 的参数。对于外部调制器而言，必须保证器件的插入损耗最小。 品质因数：即驱动电压与电极长度的乘积。
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电光效应
利用泡克耳斯电光效应实现电光调制可以分为两种情况： 一是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的。但在
时间上是变化的。当一束光通过晶体之后，可以使一个随 时间变化的电信号转换成光信号，由光波的强度或相位变 化来体现要传递的信息，这种情况主要应用于光通信、光 开关等领域。 一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布， 形成电场图像，即随X和y坐标变化的强度透过率或相位分 布，但在时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进 行调制。
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电光效应
电光调制的物理基础：电光效应 电光效应：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。 电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。 外加电场时晶体的折射率是电场E的函数，可表示为
n n0 aE bE2 ... 或 n n n0 aE bE 2 ...
折射率椭球方程可以描述光波在晶体 中的传播特性。
光电子技术王俊波电光调制.ppt
L (c / n)
激光通过长度为L的晶体所需时间。
对电光调制器来说，总是希望获得高的调制效率及满足要求的 调制带宽。
前面对电光调制的分析，均认为调制信号频率远远低于光波频
率(也就是调制信号波长远远大于光波波长)，并且入远大于晶体的
长度L，因而在光波通过晶体L的渡越时间 d
L (c / n)
内，调制信号
由此可见，输出的调制光中含有高次诣波分量，使 调制光发生畸变。为了获得线性调制，必须将高次
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谐波控制在允许的范围内。设基频波和高次谐波的幅 值分别为I1和I2n+1, 则高次谐波与基频波成分的比值为
(3.2-33)
若取 ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1
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其一，除了施加信号电压之外，再附加一个 Vλ/4 的固定偏压， 但会增加电路的复杂性，且工作点的稳定性也差。
其二，在光路上插入一个1／4波片(3.2-5图)其快慢轴与晶体 主轴x成45o 角，使E x’和E y’二分量间产生 /2 的固定相位差。 (3.2-30)式中的总相位差
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1．外电路对调制带宽的限制
调制带宽：调制信号占据的频带的宽度。
调制信号频率高时大部分电压降在电源内阻上，致使晶体无法 工作。若要调制信号在较高频状况下工作时（实现阻抗匹配必须在 晶体两端并联一电感和分流电阻）其频带宽度就要受到约束：
当调制频率与谐振频率相同时电压全降在晶体上。
于是，通过两块晶体之后的总相位差
(3.2-37) 因此，若两块晶体的尺寸、性能及受外界影响完全相同，则自 然双折射的影响即可得到补偿。
第3讲-调制及电光调制.ppt
AcJ0(m)c osc(tc)
Ac Jn(m) c osc(nm)tc (1)nc o(sc nm)tc
n1
8
可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与
第三章 激光调制技术
3.1 调制的基本概念
3.1.1 振幅调制 3.1.2 频率调制和相位调制━━调频和调相 3.1.3 强度调制 3.1.4 脉冲调制 3.1.5 脉冲编码调制（一般了解）
3.2 电光调制
3.2.1 电光调制的物理基础 3.2.2 电光强度调制 3.2.3 电光相位调制 3.2.4 电光调制器的电学性能 3.2.5 设计电光调制器应考虑的问题
s isn i n 1 2 c o s ) c ( o s )(c o cs o 1 2 s c o s ) c ( o s )
可得：e(t)AcJ0(m)c osc(tc)J1(m)c os(c m)tc J1(m)c os(c m)tc J2(m)c os(c 2m)t c J2(m)c os(c 2m)tc
这种将信息加载于激光的过程称之为调制
完成这一过程的装置称为
x(t)
调制器。其中激光称为载
波；起控制作用的低频信
息称为调制信号。
t
解调：调制的反过程，即
把调制信号还原成原来的
信息。
2
激光光波的电场强度是： ec(t)A ccocts (c)
其中 Ac 振幅 c 角频率c 相位角
因激光具有振幅、率、相位、强度等参量，如使其中某一参 量按调制信号的规律变化，则激光受到信号的调制，达到运载 信息的目的。
利用 c o )s c(c oo s ss isn i三n 角公式展开，得：
e(t)A cc o cts(c)c o m ssi (n m t)
光电子技术_王俊波_电光调制31页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
D
光电子技术_王俊波_电光调制
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
光电子技术_王俊波_电光调制(精选)共31页PPT
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
光电子பைடு நூலகம்术_王俊波_电光调制（精选）
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
光电子பைடு நூலகம்术_王俊波_电光调制（精选）
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
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60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
光电子技_王俊波_电光调制
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
光电子技_王俊波_电光调制
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
光电子技术_王俊波_电光调制PPT共31页
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动Biblioteka 是充满思想的劳动。——乌申斯基谢谢！
光电子技术_王俊波_电光调制
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
25、学习是劳动Biblioteka 是充满思想的劳动。——乌申斯基谢谢！
光电子技术_王俊波_电光调制
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
电光调制课件
实验步骤２
• 实验过程——判断电光调制现象 １、插入起偏器 (P)，调节起偏器的镜片架转角， 使透光轴与垂直方向约成 P＝45。 ２、插入检偏器(A)转动检偏器，使激光点消失，光 强指示接近于0，表示此时检偏器与起偏器的光轴 己处于正交状态(P A)． ３、将电光晶体插入光具座，使激光束透过，适当 调节电光晶体平台上三个调节螺丝，使反射光斑 打在激光器光源输出口附近，此时激光束基本正 射透过。调节电光晶体旋转镜片架角度，使接收 光强趋近于0(达到最小，应该在0.1以下)。此时 从示波器观察应出现倍频现象，即解调信号频率 是调制信号频率的两倍。 特别注意：在这个环节中，要保证每个光学器件加 入光路时反射点都要几乎原路返回，且不可相交。
选择不同工作点时的输出波形
IA
③ 工作点③ ② 工作点②
IA
① o
o
Uπ/2
Uπ
U
t
工作点①
t
选择工作点②(U＝U /2)时，输出波形最大且不失真。相位差在＝ /2或(U＝U /2 )附近时，光强IA与相位差(或电压U)呈线性关系，从 调制的实际意义上来说，电光调制器的工作点通常就选在该处附近。 选择工作点①(U＝0)或③ (U＝U)时，输出波形小且严重失真，同时 输出信号的频率为调制频率的两倍，即倍频现象。
2插入检偏器a转动检偏器使激光点消失光强指示接近于0表示此时检偏器与起偏器的光轴己处于正交状态p3将电光晶体插入光具座使激光束透过适当调节电光晶体平台上三个调节螺丝使反射光斑打在激光器光源输出口附近此时激光束基本正射透过
电光调制实验
Electro-optic modulation
实验目的
• 掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 • 对电光调制原理中的有关物理量进行 定性或定量分析。
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当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，E x’和E y’ 二分量间就产生了一个相位差 ，则
E x L A E y L A exp i
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x
X’ Y’
与之相应的输出光强为：
45o
45o
y
(3.2-29)
△m = Vm/V （相当于3.2-30式中的 △ ）是相应于外加调制信
号vm的相位延迟。其中Vm sinωmt 是外加调制信号电压。
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因此，调制的透过率可表示为
（3.2-31) 利用贝塞尔函数恒等式将上式 展开，得 （3.2-32) 由此可见，输出的调制光中含有高次诣波分量，使 调制光发生畸变。为了获得线性调制，必须将高次
I 2
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代入（3.2(3.2-35)
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sin(△m sinωmt) 的△m 若远远小于1， 则:
为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)，那 么输出的光强调制波就是调制信号V=Vm sinωmt 的线性复现。如 果△m <<1rad的条件不能满足(大信号调制)，则光强调制波就要 发生畸变。 纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折 射的影响等优点。其缺点是半波电压太高，特别在调制频率较 高时，功率损耗比较大。
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3 3 n x ny 2 Ln0 63E z 2 n0 63V
(3.2 19)
V
2
c0 3 3 2n0 63 n0 63
(3.2 20)
Vπ和Vλ/2 是一回事。
(3.2-30)式中的T称为调制器的透过率。根据上述关
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I 1 T (1 sin t ) I 2
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2．横向电光调制（通光方向与电场方向垂直）
横向电光效应可以分为三种不同的运用方式：
(1)沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并 与x或y 袖成45o夹角(晶体为45o-z切割)。
系可以画出光强调制特性曲线。在一般情况下，调 制器的输出特性与外加电压的关系是非线性的。
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100
透过 率 (%) 50
透射光强
时间
0
V/2 调制电压
V
电压
电调制特性曲线 若调制器工作在非线性部分,则调制光将发生畸变。为了获得线 性调制，可以通过引入一个固定的 /2相位延迟，使调制器的 电压偏置在T＝50％的工作点上。常用的办法有两种：
一、电光强度调制
利用泡克耳斯效应实现电光调制可以分为两种情况。
一种是施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的．但 在时间上是变化的．当一束光通过晶体之后，可以使一个 随时间变化的电信号转换成光信号，由光波的强度或相位 变化来体现要传递的信息，这种情况主要应用于光通信、
光开关等领域。
另一种是施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布， 形成电场图像，即随x和y坐标变化的强度透过率或相位分
布，但在时间上不变或者缓慢变化，从而对通过的光波进
行调制。
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1. 纵向电光调制（通光方向与电场方向一致）
x P1 入射光 Ii z y L P2
x
y
调制光 Io
起偏器
~V
/4波片
检偏器
纵向电光强度调制
电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间，其中起偏器P1的偏振方向 平行于电光晶体的x轴，检偏器P2的偏振方向平行于y轴，当沿晶体z轴方向加 电场后，它们将旋转45o变为感应主轴x’,y’。因此，沿z轴入射的光束经起偏 器变为平行于x轴的线偏振光，进入晶体后(z=0)被分解为沿x’和y’方向的两 个分量，两个振幅(等于入射光振幅的 2 1/ ）和相位都相等．分别为：
e ix e ix x 1 cos x 注意公式： cos x , sin 2 2 2 将出射光强与入射光强相比[(3.2-29)公式/ (3.2-28)公式]得：
(3.2-30) 后一步考虑了(3.2-19)式和(3. 2-20)式的关系。
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谐波控制在允许的范围内。设基频波和高次谐波的幅 值分别为I1和I2n+1, 则高次谐波与基频波成分的比值为 (3.2-33) 若取 ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1 =0.045，即三次谐波为基波的4.5%。在这个范围内可以 获得近似线性调制，因而取 (3.2-34) 作为线性调制的判据。 此时 32)式得 I 1 T (1 sin t )
(2)沿x方向加电场(即电场方向垂直于x光袖)，通 光方向垂宜于x铀，并与z轴成45o 夹角(晶体为45o x切割)。
(3)沿y轴方向加电场，通光方向垂直于y轴，并 与z轴成45o夹角(晶体为45o -y切割）。
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因为外加电场是沿z轴方向，因此和纵向运用时一样， Ex=Ey=0, Ez=E，晶体的主轴 x, y 旋转45o 至 x’，y’，相应 的三个主折射率如前面(3.2-17)式所示:
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其一，除了施加信号电压之外，再附加一个 Vλ/4 的固定偏压， 但会增加电路的复杂性，且工作点的稳定性也差。 其二，在光路上插入一个1／4波片(3.2-5图)其快慢轴与晶体主 轴x成45o 角，使E x’和E y’二分量间产生 /2 的固定相位差。 (3.2-30)式中的总相位差
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Ex 0 A cos c t
E y 0 A expict 由于光强正比于电场的平方，因此，入射光强度为
(3.2-28)
E y 0 A cos c t
或采用复数表示， 即 Ex 0 A expict