3.2 电光调制讲解
调制及电光调制
（3.1.2） （3.1.3）
m m e(t ) Ac cos(ct c ) Ac cos[(c m )t c ] Ac cos[(c m )t c ] 2 2
m Am / Ac 为调幅系数。
比较以上两式，由于外电场，折射率椭球各系数 1/ n2 发生线性变化，
其变化量定义为：
3 1 2 ij E j n i j 1
（3.2.3）
ij —线性电光系数，
16
i 1, 2,
6
j 1, 2, 3
上式（3.2.3）可用矩阵形式表示为：
1 n2 1 2 n 1 2 n 1 11 21 2 61 6
1
x(t )
t
分类：根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制两种。
内调制：调制信号是在激光振荡过程中形成的。如，注入式半导体
激光器，用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出光的强度受到调
制，调Q技术。 外调制：在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器 的物理性能从而使激光器受到调制。 特点：外调制调整方便，对激光器没有影响，调制速率高，带宽宽。
又， cos(m sin m t ) J 0 (m) 2 J 2 n (m) cos(2n mt )
n 1
（3.1.8）
sin(m sin m t ) 2 J 2 n-1 (m)sin((2n -1) mt )
n 1
将上两式代入（6.1.8）可得：
e(t ) Ac J 0 (m) cos(ct c ) Ac J n (m){cos[(c nm )t c ]
电光调制的原理和应用
电光调制的原理和应用1. 介绍电光调制是一种利用电场对光信号实现调制的技术。
通过改变电场的强弱或方向，可以实现对光信号的调制，从而实现光通信、光存储、光显示等应用。
2. 原理电光调制的原理是利用光电效应和压电效应。
光电效应是指光照射到物质上，使得物质中的自由电荷发生移动的现象。
压电效应是指当某些晶体材料被施加电场时，晶体会发生形变。
电光调制的原理主要有两种：2.1 线性调制线性调制是利用电场的强弱来控制光信号的强度。
当电场施加在光调制器件上时，光电效应使得光子与电子发生能量转换，从而改变光的强度。
线性调制常用于光通信中的调制技术。
2.2 相位调制相位调制是利用电场的变化来控制光信号的相位。
通过改变电场的方向或者频率，可以改变光的相位，进而改变光波的传播速度。
相位调制常用于光存储和光显示等应用中。
3. 应用电光调制技术在光通信、光存储、光显示等领域有着广泛的应用。
3.1 光通信电光调制技术在光通信中起到至关重要的作用。
光通信使用光信号来传输信息，而电光调制技术实现了对光信号的调制和解调。
通过调制光信号的强度或相位，可以实现高速、高带宽的光通信。
3.2 光存储电光调制技术在光存储中也有广泛的应用。
通过控制电场的强弱或方向，可以改变光信号的强度或相位，从而实现对光信号的存储和读取。
光存储技术具有容量大、读写速度快等优点，在数据存储领域具有广泛的应用前景。
3.3 光显示电光调制技术在光显示领域也得到了广泛的应用。
通过调制光信号的强度或相位，可以改变光的亮度、颜色等，实现高质量的光显示。
光显示技术在电子产品、平板显示器等领域有着广泛的应用。
4. 总结电光调制技术通过利用光电效应和压电效应，实现对光信号的调制和解调。
通过调制光信号的强度或相位，电光调制技术在光通信、光存储、光显示等领域有着重要的应用。
随着光通信和光存储等技术的快速发展，电光调制技术将继续发挥着重要作用，并在未来的光电子领域中发展出更多的应用。
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。
电光调制原理
电光调制原理电光调制是指利用电信号控制光的强度、相位或频率的过程，是现代光通信和光电子技术中的重要组成部分。
在光通信系统中，电光调制器是将电信号转换为光信号的关键器件之一，其原理和工作机制对于光通信系统的性能至关重要。
电光调制原理的核心是利用半导体材料的光电效应来实现。
当半导体材料受到外界电场的作用时，会发生光电效应，即电场会改变材料的折射率和吸收系数，从而影响光的传播特性。
利用这一特性，可以通过调节电场的强度来控制光的强度或相位，实现电光调制。
在光通信系统中，常用的电光调制器包括直接调制器和外调制器两种类型。
直接调制器是利用半导体激光器自身的电光调制特性，将电信号直接作用于激光器，通过改变激光器的电流来实现光强度的调制。
外调制器则是将电信号作用于外部调制器件，如Mach-Zehnder调制器或LiNbO3调制器，通过调节外部器件的光学特性来实现光信号的调制。
无论是直接调制器还是外调制器，其基本原理都是利用电场控制光的传播特性，从而实现电信号到光信号的转换。
在实际应用中，电光调制器的性能直接影响着光通信系统的传输速率、信噪比和功耗等重要指标。
因此，研究和优化电光调制器的原理和结构对于提高光通信系统的性能具有重要意义。
除了在光通信系统中的应用，电光调制原理也在光电子技术领域有着广泛的应用。
例如，在光纤传感、光学成像和光学信息处理等领域，都需要利用电光调制器实现对光信号的调控和处理，从而实现各种光电子功能。
总之，电光调制原理是光通信和光电子技术中的重要基础，其原理和应用对于推动光电子技术的发展具有重要意义。
随着光通信和光电子技术的不断发展，电光调制原理的研究和应用也将会得到进一步的深化和拓展，为实现更高速、更稳定的光通信系统和光电子设备提供重要支撑。
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)
电光调制原理
电光调制原理电光调制是一种利用电场调制光的强度的技术，它在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。
电光调制原理是指利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。
电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。
本文将从电光调制原理的基本概念、工作原理和应用领域等方面进行介绍。
电光调制原理的基本概念。
电光调制原理是利用外加电场改变介质的折射率，从而改变光的传播性质。
在电光调制器件中，通过外加电场使介质的折射率发生变化，进而改变光的相位和强度。
一般来说，电光调制器件采用的是电光效应，即在外加电场的作用下，介质的折射率会发生变化。
这种原理使得光信号能够被电信号控制，从而实现光信号的调制。
电光调制原理的工作原理。
电光调制器件一般采用的是电光效应，其中最常见的是Kerr效应和Pockels效应。
Kerr效应是指在介质中加入电场后，介质的折射率与电场的平方成正比而改变，这种效应通常用于强光的调制。
Pockels效应是指在晶体中加入电场后，晶体的折射率与电场成线性关系而改变，这种效应通常用于弱光的调制。
通过这些电光效应，可以实现对光信号的调制，从而实现光通信、光传感等应用。
电光调制原理的应用领域。
电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。
在光通信中，电光调制器件可以实现光信号的调制和解调，从而实现光通信系统中的信号传输和处理。
在光传感中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现对光信号的探测和测量。
在光调制器件中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现光调制器件的功能。
总结。
电光调制原理是利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。
电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。
电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用，可以实现光信号的调制和解调，光信号的探测和测量，以及光调制器件的功能。
32调制与解调技术解析
即功率的有效性），从而提升抗干扰能力； (3) 提高系统有效性 ：单位频带内传送尽可能高
的信息率(bit/s/Hz) ，即提高频谱有效性。
按照调制器输入信号的形式，调制可分为 模拟 调制和数字调制 ，而数字调制又分为 线性调制技术 和恒包络调制技术 。目前的移动通信系统都是采用 数字调制技术，包括有缓变调频（ TFM）、相干移相 键控（CPSK）、四相移相键控（ QPSK）、高斯最小 移频键控（ GMSK）等，数字调制技术具有抗干扰能 力强、易于加密、语音间隙噪声小等优点。
-A
图 3.22 BPSK波形
3.5.1 二相调制 BPSK
功率谱 ：BPSK 信号是一种线性调制，当基带波形为 NRZ 码时，其功率谱如图 3.23所示。
0 dB
-10 - 20 - 30 -40
fc-2Rb fc-R b fc fc+Rb fc+2Rb
图 3.23 NRZ基带信号的BPSK信号功率谱
调制解调技术的宗旨是为了 使通信系统的抗干扰 、抗衰落性能得到提高并使频率资源得到更充分的 利用 。一般在通信系统的发端进行调制，调制后的 信号称为已调信号。
解调制或解调：接收机端要将已调信号还原成要 传输的原始信号。
通过调制解调可以实现以下的主要功能： (1) 便于传输 ：将所需传送的基带信号进行频谱
sQPSK (t) ? A cos ?? ct ? ? k ? k ? 1,2,3,4 ?kTs ? t ? (k ? 1)Ts ?
其中A为信号的幅度，? c 为载波频率。
பைடு நூலகம் QPSK信号产生
QPSK 信号可以用正交调制方式产生。
电光调制实实验讲义
电光调制实验实验讲义一、实验背景电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用。
尤其是激光出现以后，电光效应的研究和应用得到了迅速发展，电光器件被广泛应用在激光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
晶体电光调制实验可以模拟电光效应在激光通信中的应用，验证激光通信传输速度快，抗干扰能力强，保密性好等优点。
通过该实验可以加深对偏振光干涉、双折射、非线性光学等知识的理解，培养学生的动手能力，提高学生的工程意识。
实验系统结构简单，易于操作，实验效果理想。
二、实验目的1. 观察电光效应引起的晶体光学性质的变化（单轴晶体、双轴晶体的偏振干涉图）。
2. 观察直流偏压对输出特性的影响，记录数据并绘制输出特性曲线。
3 观察铌酸锂晶体交流调制输出特性。
4. 模拟光通信。
三、实验仪器图1 实验仪器实物图（双踪示波器自备） 1.半导体激光器及四维可调支架 2.起偏器 3.铌酸锂晶体 4.检偏器（及1/4波片) 5.光屏 6.导轨 7.电光调制电源箱 8.接受放大器四、实验原理晶体分各向同性晶体与各向异性晶体。
其中各向异性晶体会发生双折射，而各向同性晶体只会发生普通折射。
光束入射到各向异性的晶体，分解为o 光和e 光。
如果光束沿着光轴的方向传播不会发生双折射现象。
这里光轴并非指一条直线，而是一个特殊的方向。
晶体中o 光与光轴构成的平面叫o 光主平面，e 光与光轴构成的平面叫e 光主平面。
o 光振动方向垂直于o 光主平面，e 光的振动方向平行于e 光主截面。
一般情况下，o 光主平面与e 光主平面不重合，但是理论与实践均表明，当入射线在晶体主平面时o 光主平面与e 光主平面重合。
实用中一般均取入射线在晶体主截面内的情况。
各向异性晶体中o 光与e 光的传播速度一般不同。
速度e o v v >的晶体称为正晶体，e o v v <的晶体称为负晶体。
铌酸锂晶体是各向异性负晶体。
由于双折射现象，当入射光不沿光轴方向入射时，产生的o 光与e 光对应不同的折射率o n 与e n 。
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即一块晶体的y’和z轴分别与另一块晶 体的z轴和y’轴平行(见图a）。另一种方 法是，两块晶体的z轴和y’轴互相反向 平行排列,中间放置一块1／2 波片(见图 b)。这两种方法的补偿原理是相同的。 外电场沿z轴(光轴)方向，但在两块晶体 中电场相对于光轴反向，
二分量间就产生了一个相位差 ，则
ExL A EyL Aexp i
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与之相应的输出光强为：
x
X’
Y’
45o 45o y
(3.2-29)
注意公式： cos x eix eix ,
sin x 1 cos x
(3.2-34)
作为线性调制的判据。 此时
32)式得
T I 1 (1 sin t )
I2
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代入（3.2(3.2-35)
sin(△m sinωmt) 的△m 若远远小于1， 则:
T I 1 (1 sin t )
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nx
n 0
1 2
n3 E 0 63 z
ny
n 0
1 2
n3 E 0 63 z
通光方向与z轴相垂nz直 ，n并e 沿着y'方向入射(入射光偏振方向
与z袖成450角)，进入晶体后将分解为沿x’和z方向振动的两
个分量，其折射率分别为nx’和nz；苦通光方向的晶体长度
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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。
为L，厚度(两电极间距离)为d，外加电压V＝Ezd，则从晶体
出射两光波的相位差
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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(3.2-36)
由此可知，KDP晶体的γ63 横向电光效应使光波通过晶体
后的相位差包括两项：
第一项是与外加电场无关的晶体本身的自然双折射引起的 相位延迟，这一项对调制器的工作没有什么贡献，而且当 晶体温度变化时，还会带来不利的影响，因此应设法消除 (补偿)掉；
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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
△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
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）
P1 Ii
入射光
起偏器
x z
y L
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
Rs
Vs~ V
Re C0 R
Rs
Vs ~
电光晶体 C0
L
RL
电光调制器的等效电路图
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调制器的并联谐振回路 BACK
四、电光波导调制器（一般了解）
体调制器：上面讲述过的都是此类。体积大的分离器件，而 且整个晶体都受到外界电场的作用。
(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:
I2
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。
(3.2 19)
V 2
2n03 63
c0 n03 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 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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在KDP晶体横向调制器中，自然双折射的影响会导致调 制光发生畸变。甚至使调制器不能工作。所以，在实际应用 中，除了尽量采取一些措施(如散热、恒温等)以减小晶体温 度的漂移之外，主要是采用一种“组合调制器”的结构予以 衬偿。常用的补偿方法有两种：一种方法是，将两块几何尺 寸几乎完全相同的晶体的光相互成90o串接排列，
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Ex 0 Acosct Ey 0 Acosct
或采用复数表示， 即
Ex0 Aexpict Ey0 Aexpict
由于光强正比于电场的平方，因此，入射光强度为
(3.2-28)
当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，E x’和E y’
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二、电光相位调制
由起偏器和电光晶体组成。 起偏器的偏振方向平行于 晶体的感应主轴x’(或y’)， 此时入射晶体的线偏振光 不再分解成沿x’、y’两个 入射光 分量，而是沿着x’(或y’) 轴一个方向偏振，故外电 场不改变出射光的偏振状 态，仅改变其相位，相位 的变化为
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：
后一步考虑了(3.2-19)式和(3. 2-20)式的关系。
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(3.2-30)
n x
ny
2
Ln03 63Ez
2
n03 63V
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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
E A cos t ，则输出光场(z＝L处)就变为
略去式中相角的常数项，因为它对调制效果没有影响，则上式写成
式中
(3.2-39) 称为相位调制系数。利用贝塞
尔函数展开上式，便得到(3.1-12)式的形式。
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三、电光调制器的电学性能
渡越时间： d
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。
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根据(3.2-37)式，当 时，半波电压为
其中括号内的就是纵向电光效应的半被电压，所以
可见，横向半波电压是纵向半波电压的d/L倍。减小d，增加 长度L可以降低半波电压。但是这种方法必须用两块晶体，所 以结构复杂，而且其尺寸加工要求极高。
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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：
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§3.2 电光调制
电光调制的物理基础是电光效应，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，这种现象称为电光效应。