光调制器_基本原理与结构
电光调制器
电光调制器简介电光调制器（Electro-Optic Modulator，EOM）是一种利用外加电场改变光的折射率而实现光信号调制的器件。
其主要应用于光通信、光纤传感和光学仪器中。
本文将介绍电光调制器的工作原理、分类、应用以及未来发展方向。
工作原理电光调制器利用光学材料的Pockels效应实现调制光信号的功能。
Pockels效应是指在某些晶体中，当施加外加电场时，晶体的折射率发生变化。
其基本原理是通过施加电场，改变光传输介质中的折射率，从而实现光信号的调制。
一般而言，电光调制器由电光晶体和电极两部分组成。
电光晶体通常选用具有Pockels效应的非线性晶体，如锂铌酸锂（LiNbO3）、锂钼酸锂（LiMoO3）等。
当电压施加到电光晶体上时，电场会改变晶体中的分子极化状态，从而改变光的传播速度和方向，从而实现对光信号的调制。
分类根据工作原理和结构的不同，电光调制器可以分为以下几类：平面型电光调制器平面型电光调制器是一种常见的电光调制器。
其结构由一个电光晶体块和两个电极构成。
光信号通过电光晶体传播时，施加在电极上的电场会改变光的折射率，从而实现对光信号的调制。
波导型电光调制器波导型电光调制器是基于光波导结构的一种调制器。
其结构由光波导和电极构成。
光信号通过光波导传播时，在电极的作用下，调制电场会改变光波导中的折射率，从而实现对光信号的调制。
由于电场仅在波导中传播，波导型电光调制器具有较高的调制速度和较低的驱动电压。
光纤型电光调制器光纤型电光调制器是将电光晶体直接集成在光纤中的一种调制器。
其结构由光纤和电光晶体构成。
光信号在光纤中传播时，施加在电光晶体上的电场会改变光纤中的折射率，从而实现对光信号的调制。
光纤型电光调制器具有体积小、集成度高的特点。
应用电光调制器作为光通信、光纤传感和光学仪器中的关键设备，具有广泛的应用。
光通信电光调制器在光通信系统中用于调制和解调光信号。
其高速调制特性使其成为光纤通信中的关键器件。
透射式液晶空间光调制器结构
透射式液晶空间光调制器结构透射式液晶空间光调制器是一种利用液晶材料的光学特性来调制光波的装置。
它主要由液晶层、透明电极、对位层和玻璃基板等部分组成。
本文将从结构、工作原理、应用等方面对透射式液晶空间光调制器进行详细介绍。
一、结构透射式液晶空间光调制器的结构相对简单，主要包括液晶层、透明电极、对位层和玻璃基板。
其中，液晶层是关键组成部分，它由液晶分子组成，可分为向列型和扭曲型两种。
透明电极用于施加电场，对位层则用于控制液晶分子的取向。
玻璃基板则提供了装置的机械支撑和保护。
二、工作原理透射式液晶空间光调制器的工作原理是利用液晶分子对电场的响应来调制光波。
当施加电场时，液晶分子会发生取向变化，从而改变光的传播状态。
液晶分子的取向可以通过对位层来控制，通过改变电场的强弱和方向，可以实现对光波的调制。
具体来说，液晶分子在电场作用下会发生取向的变化，从而改变其对光的折射率。
通过控制电场的强弱，可以实现对光波的相位调制。
当电场为零时，液晶分子的取向保持不变，光波可以正常通过。
而当施加电场时，液晶分子会发生取向变化，光波的传播状态会发生改变，从而实现对光波的调制。
三、应用透射式液晶空间光调制器具有广泛的应用前景，主要应用于光通信、光显示和光计算等领域。
在光通信中，透射式液晶空间光调制器可以实现光信号的调制和解调，用于传输和接收光信号。
在光显示中，透射式液晶空间光调制器可以实现图像的显示和切换，广泛应用于液晶显示器等设备。
在光计算中，透射式液晶空间光调制器可以实现光的逻辑运算和信息处理，用于光计算和光信息处理。
总结：透射式液晶空间光调制器是一种利用液晶材料的光学特性来调制光波的装置。
它通过对液晶分子的取向进行控制，实现对光波的调制。
透射式液晶空间光调制器具有结构简单、工作可靠、应用广泛等特点，主要应用于光通信、光显示和光计算等领域。
随着科技的不断发展和进步，透射式液晶空间光调制器将会在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和创新。
光调制器工作原理
光调制器工作原理嗨，小伙伴们！今天咱们来聊聊一个超级有趣又有点神秘的东西——光调制器。
你可以把光想象成一个超级活泼的小精灵，在空间里跑来跑去。
光调制器呢，就像是一个魔法盒，能给这个小光精灵“变装”或者改变它的行为哦。
光调制器的基本工作原理，简单来说就是对光的一些特性进行改变。
那光有啥特性呢？比如说光的强度、相位、偏振这些。
就像你给小光精灵的衣服有不同的款式，这些就是光的不同特性啦。
先说说强度调制吧。
这就好比你在控制小光精灵的亮度。
光调制器是怎么做到的呢？有一种常见的方式是通过电信号来控制。
你可以把电信号想象成一个指挥官，当电信号强的时候，就命令光精灵变得更亮；电信号弱的时候呢，光精灵就暗下来。
比如说在光纤通信里，我们要发送信息，就可以把信息转化成电信号，然后这个电信号去指挥光调制器改变光的强度。
就像我们用不同的灯光亮度来表示不同的信号一样，只不过这里是用光来传递信息啦。
再讲讲相位调制。
这就有点像改变小光精灵的步伐节奏。
光在传播的时候是有相位的，光调制器可以通过一些特殊的材料或者结构，在电信号的作用下改变光的相位。
这就好像是给小光精灵的脚步加了不同的节奏韵律。
这种相位调制在一些高精度的光学测量和通信技术里可有着大用处呢。
比如说在相干光通信中，精确的相位调制能让信息传递得更准确，就像小光精灵按照精确的舞步传递着秘密消息。
还有偏振调制哦。
偏振就像是小光精灵的一种特殊姿态。
光可以有不同的偏振方向，而光调制器能够调整光的偏振态。
这就好比是让小光精灵从横着站变成竖着站，或者斜着站。
在一些光学传感器和特殊的通信系统里，偏振调制就发挥着独特的作用。
比如说在检测某些物质的时候，不同物质对偏振光的影响不一样，通过偏振调制后的光和物质相互作用，我们就能知道物质的一些特性啦。
光调制器的内部结构也是很有意思的。
它里面有各种各样的材料和组件，就像是一个小工厂一样。
有的材料具有特殊的电光效应，就是说在电场的作用下，它的光学性质会发生改变，这样就能用来调制光啦。
光调制器的原理
光调制器的原理光调制器是一种通过对光信号进行调制和解调的光电子器件。
它可以实现光信号的调制、解调和传输，广泛应用于光通信、光传感和光学信号处理等领域。
光调制器的原理基于光电效应和电光效应。
光电效应是指当光照射到某些材料表面时，光子的能量被电子吸收后，电子会被激发到导带，形成电流。
电光效应是指当电场作用于某些材料时，会改变材料的折射率，从而改变光的传播速度和路径。
在光调制器中，通常使用半导体材料作为光电效应的工作介质。
半导体材料具有较高的光电转换效率和较小的电光响应时间，适合用于高速光通信系统中。
常见的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)和III-V 族化合物半导体如InP和GaAs等。
光调制器的工作原理可以分为直接调制和间接调制两种方式。
直接调制是指直接利用电流或电压对光源进行调制。
在直接调制光调制器中，光源通常是一种半导体激光器。
通过改变激光器中的注入电流或施加电压，可以改变激光器的输出功率或频率，从而实现光信号的调制。
直接调制具有调制速度快、功耗低的优点，但其调制深度有限，通常在10%左右。
间接调制是指利用光电效应和电光效应相结合的方式对光信号进行调制。
在间接调制光调制器中，光信号首先通过光栅或光波导结构进行调制，然后再通过外加电场进行解调。
光栅或光波导结构可以改变光信号的相位、频率或幅度，从而实现光信号的调制。
而外加电场则通过改变材料的折射率实现光信号的解调。
间接调制具有较高的调制深度和灵活性，但调制速度相对较低。
除了直接调制和间接调制外，还有一种常见的调制方式是利用马赫曾德干涉效应进行调制。
马赫曾德干涉调制器是一种基于光波的干涉原理的调制器。
它由两个光波导构成，其中一个光波导用于传输光信号，另一个光波导用于控制光信号的相位差。
通过改变控制光波导中的折射率或长度，可以改变光信号的干涉模式，从而实现光信号的调制。
光调制器的原理是基于光电效应和电光效应，通过对光信号的调制和解调实现光信号的传输和处理。
光调制器原理
光调制器原理
光调制器是一种能够控制光信号传输的重要器件，它在光通信、光传感和光信息处理等领域有着广泛的应用。
光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等，下面将对这些原理进行详细介绍。
首先，电光效应是光调制器中最常见的原理之一。
它利用外加电场改变介质的折射率，从而实现光信号的调制。
当在介质中施加电场时，介质的折射率会发生变化，进而改变光的传播速度和相位，从而实现光信号的调制。
电光效应广泛应用于各种类型的光调制器中，如电吸收调制器和电光调制器等。
其次，光学相位调制是另一种常见的光调制器原理。
它通过改变光波的相位来实现光信号的调制。
光学相位调制通常通过在光路中引入相位调制器来实现，其中最常见的原理是利用电光效应或者电声光效应来改变光波的相位，从而实现光信号的调制。
光学相位调制器具有调制速度快、带宽宽等优点，在光通信系统中有着重要的应用。
最后，强子隧道效应也是一种重要的光调制器原理。
它利用外加电场改变半导体中的载流子浓度，从而改变半导体的折射率，实现光信号的调制。
强子隧道效应在半导体光调制器中有着重要的应用，尤其是在高速光通信系统中，其调制速度和调制深度均能满足系统的要求。
综上所述，光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等。
这些原理在光通信、光传感和光信息处理等领域有着重要的应用，为光学器件的发展提供了重要的技术支持。
随着光电子技术的不断发展，相信光调制器在未来会有更加广泛的应用。
光调制器_基本原理与结构
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Optical fiber communications 1-14 2011-10-30
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1. 工作原理：延迟器 工作原理： 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 为n1,n2。 n1,n2。 外加电场E 外加电场E
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（2）
若φ（0）＝2π 未加信号时， (v)|V =0 1 加Vπ
v=v
τ = 2 ( π )=0 τ (v)| π =cos 2
调制器的传输系数在 0，两个状态之间转换， 1， 构成光开关 这种强度调制器的工作 速率目前可达几个 ，通过25GHZ GHZ 也是可能的
介电抗渗参数20121031opticalfibercommunications压比克尔效应要低一些线性电光效应所需的电二次电光系数克尔电光效应线性电光系数谱克尔电光效应参数未加电场时的介电抗渗c
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第六节 光调制器
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φ = φ (0) - π
V Vπ
rn 3 LE λ0 = π －》Vπ = π 3 纵向 λ0 rn d λ0 Vπ = 3 横向 l rn
半波电压V 决定于调制材料的特性(n r)工作波长 (n和 工作波长λ 半波电压Vπ决定于调制材料的特性(n和r)工作波长λ及d/l
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2011-10-30
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空间光调制器的工作原理及其在信息光学中的应用
空间光调制器的工作原理及其在信息光学中的应用空间光调制器（Spatial Light Modulator，简称SLM）是信息光学领域中重要的一种设备，具有广泛的应用。
本文将介绍空间光调制器的工作原理，并阐述其在信息光学中的应用。
一、空间光调制器的工作原理空间光调制器是一种能够调整光波相位、振幅或偏振等参数的光电器件。
其基本构成包括光电转换器件和控制电路。
常见的空间光调制器有液晶空间光调制器（LC-SLM）和远红外空间光调制器（IR-SLM）等。
液晶空间光调制器利用液晶分子的旋转改变光波的偏振态，从而实现对光波的调制。
其结构包括透明电极、透明基底、液晶层等。
透明电极通过外加电压改变电场，从而改变液晶分子的旋转程度，进而改变波片的相位差。
远红外空间光调制器则是利用半导体材料的特性，通过改变电压来控制光波的相位、振幅等参数。
它在远红外波段（10μm-100μm）具有较好的响应特性，并被广泛应用于红外成像、光谱分析等领域。
二、空间光调制器在信息光学中的应用1. 相位调制空间光调制器可以通过改变光波的相位差来实现相位调制。
相位调制可用于全息成像、光学信息处理等领域。
例如，在数字全息术中，利用空间光调制器可以将三维物体信息编码到二维的全息图中，实现对物体的三维重建。
2. 模拟光学系统空间光调制器可用于模拟光学系统的构建。
通过控制空间光调制器的参数，如相位、振幅等，可以模拟各种光学元件的功能。
这对于系统性能分析、光学设计和优化等方面有着重要作用。
3. 光波前校正在自适应光学系统中，空间光调制器可以用于补偿光束的像差，提高图像的清晰度和分辨率。
通过改变光波的相位和振幅分布，空间光调制器可以实现对光场的调整，从而实现补偿效果。
4. 光通信与信息传输空间光调制器在光通信与信息传输中有广泛应用。
利用空间光调制器可以实现光信号的调制、解调和编码等功能。
同时，空间光调制器也可用于光纤通信中的信号调整、波前整形等。
5. 光学陷阱与操控空间光调制器还可用于构建光学陷阱。
电光调制器半波电压随频率的变化
电光调制器是一种能够根据输入信号产生相应的输出光束调制的设备。
在电光调制器中，半波电压随频率变化是一个非常重要的特性，它直接影响了调制器的工作效果和性能。
本文将围绕电光调制器半波电压随频率变化的问题展开讨论，从基本原理、影响因素、实际应用等多个方面进行阐述，希望能够对相关领域的研究和应用起到一定的参考作用。
一、电光调制器及其基本原理电光调制器是一种利用电场效应来调制光的器件，其工作原理主要是利用半导体材料的线性光电效应。
当在半导体材料中施加电场时，电子和空穴将被分开并产生漂移运动，从而改变了材料的折射率，使得通过材料的光的相位和振幅发生改变，最终实现输入信号到输出光束的调制。
二、半波电压的概念及其在电光调制器中的作用半波电压指的是在电光调制器中，使得输出光强减小到输入光强的一半所需要的电场强度。
在电光调制器中，半波电压作为一个重要的性能指标，直接影响了调制器的调制带宽、调制效率等指标，因此具有重要的意义。
三、半波电压随频率的变化规律1.理论分析根据半导体材料的固有特性，以及电光调制器的工作原理可以得出，半波电压随频率的变化呈现出一定的规律。
随着频率的增加，半波电压通常会呈现出先减小后增大的趋势，这是由于半导体材料在高频下存在着一些非线性效应导致的。
2.影响因素半波电压随频率的变化受到多种因素的影响，主要包括材料的本征特性、器件结构、外界环境等因素。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素对半波电压的影响，以实现更好的调制器性能。
四、实际应用与案例分析在光通信、激光雷达、光学成像等领域，电光调制器被广泛应用于光信号的调制和处理。
通过合理地设计和控制半波电压随频率的变化，可以实现更高效的光信号调制和处理，提高系统的性能和可靠性。
结语电光调制器半波电压随频率的变化是一个复杂而重要的问题，对于电光调制器的性能和应用具有重要的影响。
通过对这一问题的深入研究和分析，将有助于提高电光调制器的性能，并推动相关领域的发展。
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传输系数
τ (v )
=
I Ii
=
sin
2
φ
2
=
sin
2
[
φ (0 )
2
−
π
2
V V π
]
（ 1 ） φ （ 0 ）＝
π
2
， τ （ 0 ）＝
0 。5,
V << V π .
τ ( v ) = sin
2 [ π − π V 4 2 V π
]≈
1 π V − 2 2 V π
τ =
cos
τ＝cos [
2 φ0 π V − 2 2 Vπ
]
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4.（ 4.（1）
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1-17 2011-10-30
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V = 0, input ( a ) I − (1), P1( 0) output(b ) II −( 4),P1( 0) V = V . input ( a ) I − (1), P1( 0)
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二. 相位调制器 P224 Phase modulator
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A .一块电光晶体在横向或纵向通过电极加调制电压V1, 便在晶体中 .一块电光晶体在横向或纵向通过电极加调制电压V1, 一块电光晶体在横向或纵向通过电极加调制电压 产生了电场强度E, 由于普克尔效应, 产生了电场强度E, 由于普克尔效应,折射率
Optical fiber communications 1-13 2011-10-30
B.偏振型强度调制： B.偏振型强度调制： 偏振型强度调制 利用相位延迟器和起偏器构成两个正交的偏振器中间加一个电 控的相位延迟器，延迟期的主轴与两偏振其成45度角放置。 45度角放置 控的相位延迟器，延迟期的主轴与两偏振其成45度角放置。
C.行波调制 C.行波调制 1.电光调制器的调制频率为 周期t=1/f 电光调制器的调制频率为f t=1/f； 1.电光调制器的调制频率为f周期t=1/f； 2.光通过调制器的渡越时间T=L/v； 光通过调制器的渡越时间T=L/v 2.光通过调制器的渡越时间T=L/v； 3.若 t<T,调制频率高 调制频率高. 3.若 t<T,调制频率高.则光通过调制器时将经受不同的外加电 场值,即受到不同的介电常数的影响； 场值,即受到不同的介电常数的影响； 4.最高调制频率的极限为 最高调制频率的极限为f 约为1/T 1/T； 4.最高调制频率的极限为fmax约为1/T； 5.提高调制速率的方法之一是采用行波调制器 提高调制速率的方法之一是采用行波调制器, 5.提高调制速率的方法之一是采用行波调制器,电极做成传输 线式,调制电压加于调制器的始端, 线式,调制电压加于调制器的始端,如果调制信号的电波传播速度 与光波传播速度匹配；则渡越时间的影响原则上可以消除。 与光波传播速度匹配；则渡越时间的影响原则上可以消除。 D.光波导型相位调制器 D.光波导型相位调制器
n1( E ) = n1 − 1 3 r1n1 E 2
1 n 2( E ) =n 2− r 2 n 23 E 2
传输L的长度之后, 传输L的长度之后,快慢方向两个正交模的相位延迟量为
φ = k 0[ n1( E ) − n 2( E )]L
1 3 3 = k 0( n1 − n 2) L − k 0( r1n1 − r 2 n 2 ) LE 2
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n( E ) =
1 3 n + ∆n = n − rn E 2
当光波通过此晶体时 , 经受的相位变化为 : rn 3 LE ϕ = k 0 n( E ) L = ϕ (0) − π λ0 L调制器的长度 , λ 0 波长 , ϕ (0) = 2πnL / λ 0未加电压时的相位 变化
φ = φ (0) - π
V Vπ
rn 3 LE λ0 = π －》Vπ = π 3 纵向 λ0 rn d λ0 Vπ = 3 横向 l rn
半波电压V 决定于调制材料的特性(n r)工作波长 (n和 工作波长λ 半波电压Vπ决定于调制材料的特性(n和r)工作波长λ及d/l
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V π =
2 .传输系数 .传输系数
1 Ii ( 快 ) 1 Ii −−> 2 Ii − − > 2 1 Ii ( 慢 ) 1 Ii 相位差 φ 2 2
− − > I = Iisin
2
φ
2
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若 φ（0）
＝2
π
未加信号时
τ (v) |Biblioteka V = 0=cos
=
2
π
4
2
= 1/ 2 [
加半波电压时
τ (v) |
V = Vπ
cos
π
4
−
π
2
]=
cos
π
1 = 2 2
调制器做线性调制器，工作在
τ ( v ) − v曲线的线性段中点
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状态, 由(3)看来,无调制电压时,输出为0. “0”状态,加调制电压后有 (3)看来,无调制电压时,输出为0. 0 状态 看来 输出“ . 输出“1”.完成了强度调制 2. 传输系数
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第六节 光调制器
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一 .介绍 调制的方式:内调制. A 调制的方式:内调制.改变半导体激光器的注入电流来改变光频的 参数. 外调制.用独立于电源之外的外调制器完成, 参数. 外调制.用独立于电源之外的外调制器完成,他不影响光源 工作的稳定性,可得到较高的传输质量。 工作的稳定性,可得到较高的传输质量。 电光调制器,由电光晶体构成,电光晶体的电光效应,折射率n B 电光调制器,由电光晶体构成,电光晶体的电光效应,折射率n随外 加电场强度E而变化。 加电场强度E而变化。 介电抗渗参数η 介电抗渗参数η
η=
1 ε0 = 2 ε n
2
η ( E ) = η (0) + γE + ξE
Optical fiber communications 1-2
2011-10-30
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η (0) =
γE ξE
1 n2
未加电场时的介电抗渗 谱克尔电光效应 克尔电光效应
参数
γ 线性电光系数 ξ 二次电光系数
Optical fiber communications 1-3
n(E)也是外加电场的线性函数,当信号电场E改变时, n(E)也是外加电场的线性函数,当信号电场E改变时,介质 的折射率 也是外加电场的线性函数 随之线性变化,从而实现对光的调制。 n随之线性变化,从而实现对光的调制。
2011-10-30
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（2）
若φ（0）＝2π 未加信号时， (v)|V =0 1 加Vπ
v=v
τ = 2 ( π )=0 τ (v)| π =cos 2
调制器的传输系数在 0，两个状态之间转换， 1， 构成光开关 这种强度调制器的工作 速率目前可达几个 ，通过25GHZ GHZ 也是可能的
（ 2 ） EXT
=
τ max τ min
大于
1000
是可能的
由于反射,散射,吸收以及传播方向和偏振方向的误差等, (v)的值 由于反射,散射,吸收以及传播方向和偏振方向的误差等,τ(v)的值 小于1,最小值也不是0,称最大和最小的传输系数之比为消光比。 1,最小值也不是0,称最大和最小的传输系数之比为消光比 小于1,最小值也不是0,称最大和最小的传输系数之比为消光比。
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2011-10-30 .半波电压 B .半波电压
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横向:外加电场的方向垂直光的传播方向E=v/d 横向:外加电场的方向垂直光的传播方向E=v/d 纵向:外加电场的方向平行光的传播方向E=v/L 纵向:外加电场的方向平行光的传播方向E=v/L 半波电压V 相位π 半波电压Vπ,相位π变化时所需加的电压
线性电光效应所需的电
压比克尔效应要低一些
C.谱克尔效应 C.谱克尔效应
LiNbo3
1 n2 (E )
η (E ) =
∆η = ∆n
= η (0 ) + γE = η (0 ) + ∆ η =
1 2 ∆n − ≈ − n2 n3 (n + ∆n )2 1
∆ η = γE
∆(
求 ∆n
1 ) n(E )
n3 n3 = − ∆η = − γE 2 2
input(a) I − (1) − − > output(a) II − (4)交叉态 − (3)"0 : .I - - > output (a)I- (3),直通态 I - (3)"1" ,