光调制器的原理|类型

　　光调制器是通过电压或电场的变化Z终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Frang-Keldgsh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

光调制器是什么

　　光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是Z重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

　　其中电光调制器是通过电压或电场的变化Z终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用Z为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度，其作用是非常重要的。

　　光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括“去背景信号、去噪声、抗干扰”在内的形式变换，从而使之便于处理、传输和检测。

光调制器的基本原理

　　根据将信息加载到光波上的位置，可将光调制器的调制类型分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱动电源;另一类是直接对广播进行调制。前者主要用于光通讯，后者主要用于光传感。简称为：内调制和外调制。根据调制方式，光调制器调制类型又有：①强度调制;②相位调制;③偏振调制;④频率和波长调制。

　　1、强度调制

　　光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。

　　2、相位调制

　　利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。

　　光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。

　　由于光探测器一般都不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分：一是产生光波相位变化的物理机理;二是光的干涉。

　　3、偏振调制

　　利用偏振光振动面旋转，实现光调制Z简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为I=I₀cos(2α)。其中：I₀表示两偏振器主平面一致时所通过的光强;α表示两偏振器主平面间的夹角。

　　4、频率和波长调制

　　利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。

光调制器的分类

　　一般光纤通讯系统中的光调制器包括四类：①声光(AO)调制器;②磁光调制器，即Farady调制器;③电光(EO)调制器;④电吸收(EA)调制器。现代光纤系统中主要使用两类光调制器，一种是依赖于一定平面波导载光方式改变的电光调制器，另一种是内部结构类似于激光器的半导体二极管电吸收调制器，后者能在透过光和吸收光两个状态下切换。

　　按照光调制器调制机理可分为：①电光调制器是利用电光晶体(如铌酸锂)的折射率随外加电场而变即电光效应实现光调制;②磁光调制器是利用光通过磁光晶体(如钇铁石榴石)时，在磁场作用下其偏振面可发生旋转实现光调制;③声光调制器是利用材料(如铌酸锂)在声波作用下产生应变而引起折射率变化即光弹效应实现光调制;④波导型光调制器是用集成光学技术在基片上制成薄膜光波导实现电光、磁光或声光调制。

　　1、电光调制器

　　电光调制器是利用介质的线性电光效应，即Pockles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。电光调制器具有响应速度快、调制速率高、带宽大、便于集成、无频率啁啾等优点。

　　2、声光调制器

　　顾名思义，声光调制器的调制机制是声光效应。声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。声光调制器利用声光效应引起的布拉格衍射和拉曼-奈斯衍射。布拉格衍射是光波通过相位光栅时反射光形成的衍射，而拉曼-奈斯衍射是透射光形成的衍射。两种衍射现象的衍射条纹(反映衍射光的光强分布)随调制信号的变化而变化，实现光波的强度调制。

　　3、磁光调制器

　　磁光调制器的调制机制是法拉第磁致旋光效应，线偏振光通过外加磁场的旋光晶体时偏振面发生旋转的现象称为法拉第磁致旋光效应。偏振面转过的角度与外加磁场方向和强度有关，出射光经检偏器后强度随外加磁场强度变化，实现强度调制。

　　4、电致吸收型调制器

　　电致吸收型调制器是利用半导体材料的量子限制Stark效应(QCSE)，此种调制机制主要用于半导体调制器中。在外加电场作用下，激子吸收峰将会移动，并且吸收系数也会发生变化，工作波长接近吸收峰时调制器件上的调制电场将产生明显的吸收调制。它具有体积小、调制电压低、易于集成等特点，其缺点在于存在频率啁啾。