电光调制器的原理|设计

　　电光调制器是利用介质的线性电光效应。在外加调制信号时，介质的折射率在信号电场的作用下由于电光效应而产生变化，当光载波进入调制器后这种变化Z终将引起光载波的相位、振幅或频率上的变化。

电光调制器是什么

　　电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(LiNbO₃)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTaO₃)的电光效应制成的调制器。电光效应即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。

电光调制器的原理

　　电光调制器的基础是电光效应。根据电光晶体的折射率变化量和外加电场强度的关系，电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)。因为线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此实际中多用线性电光调制器对光波进行调制。线性电光调制器可分为纵向的和横向的。在纵向的调制器中，电场平行于光的传播方向，而横向调制器的电场则垂直于光传播的方向。

　　将电光调制器应用于激光通信的主要目的是对激光通信系统中激光器的速率、功率、宽带的宽进行有效调制，这要求电光调制器能够在无失真传输激光的基础上，实现对上述参数的有效调制。因此，进行电光调制器设计，应明确以下目标：高消光比、低驱动电压、高调制速度、较大的带宽、低损耗。

电光调制器的设计与选择

　　1、调制晶体对电光调制的效果影响显著，在选择晶体时应注意以下几点：光学性能好，折射率均匀，吸收色散损耗小，透明度高，电光系数大，物理性能优越等等。目前较常用的晶体材料包括铌酸锂和KDP类晶体，由于KDP类晶体的物理性能不佳，容易发生潮解，因此其调制性能往往受到环境限制，而铌酸锂晶体则具有优越的透光性和物理性能，是电光调制晶体设计的理想材料。

　　2、串联方式的选择对功率损耗量影响较大，通常采用n级晶体串联的方式来降低，此外，为了使n级晶体电光效应逐步提高，应将晶体的x轴与y轴方向旋转90°进行安置，同时，不应串联过多快晶体，避免电容过大。

　　3、电光调制器输出特性与外加电压的关系式非线性的，加入电光调制器工作于非线性部分，那么调制光将发生畸变，只有确保高次谐波幅值在允许范围内，才能避免畸变。实际设计中，秩序带入电光调制器半波电压以及调制率的范围，就可验证调制电压峰-峰值是否符合设计要求。

　　4、电光调制器的选择应考虑温度补偿、压电谐振、光束发散角等因素。温度补偿方面，可采用两个长度相等的晶体中间插入一块半波长片或采用两个长度相等的晶体的外加电场轴相互垂直的结构的方法来解决;压电谐振方面，可采用金属或树脂加固晶体的方法来YZ谐振;光束发散方面应将发散角控制为调直机孔径的三分之二，来减少发散角。

　　5、电光调制驱动器是为电光调制器提供电压的装置，通常，电光调制驱动器由放大器和自动偏置控制系统两部分组成。电光调制驱动器提供的带宽，能够对调制晶体的带宽产生决定作用。电光调制驱动器的放大器的闭环贷款决定了电光调制驱动器的Zda带宽，此外，转换率、电流限制以及PC滤波也可限制带宽。