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1、第四章 光波导调制器 第四章 光波导调制器o实现光调制有两种方式:o一种方式是用调制信号直接控制激光器的振荡参数,使输出光的特性随信号而改变,称为内调制.o另一种方式是调制信号作用于激光腔外面的调制器,产生某种物理效应(电光,磁光,声光,热光),使通过调制器的激光束某一参量随信号而改变,称为外调制.一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念o光波作为信息的载体,具有振幅,频率,相位和偏振等参数.利用电信号连续地改变载波参数,都可实现光波调制.o根据调制参数,可分为振幅调制,强度调制,频率调制,相位调制,和偏振调制.一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-相位调制相位调制o光波的相位经信号调
2、制后，称为调制波。光波的相位经信号调制后，称为调制波。调制波的瞬时场可表示为调制波的瞬时场可表示为:o例如例如:一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-相位调制相位调制o在一定条件下，可以利用两个调相波构成偏振调制。o假定两个同频率的光载波传播方向，偏振方向相互垂直.则两个调相波分别为:一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-偏振调制偏振调制 一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-偏振调制偏振调制 一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-偏振调制偏振调制 o设两个光波的场强振幅矢量为A1 A2 则在A1垂直于A2情形下,两个调相波通过一个偏振轴与A1或A2成某一角度的偏振器,
3、产生干涉,或者,在A1平行于A2情形下,两个调相波在调制器输出处相互干涉,那么就可以得到强度调制.一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-强度调制强度调制 o衡量衡量调制器性能优劣的质量指标主要是最大调制深度/最高调制频率/调制带宽/单位带宽的驱动功率等.o调制深度调制深度:一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-调制器的质量指标调制器的质量指标 o最大调制深度:一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-调制器的质量指标调制器的质量指标 o 调制带宽调制带宽:o调制带宽定义为调制带宽定义为:调制深度降到最大值的一调制深度降到最大值的一半所对应的两个调制频率之差半所对应的两个调制频率之
4、差.记作记作:一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-调制器的质量指标调制器的质量指标 调制带宽是标志载波能够携带信息量的重要参数调制带宽是标志载波能够携带信息量的重要参数 o最高调制频率fsm是指中心调制频率的最大值.o对于电光调制器:它由光波通过调制器的渡越时间决定.o声光调制器:是受电声换能器的频率特性限制的.一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-调制器的质量指标调制器的质量指标 o单位带宽的驱动功率 o把一定容量的信息加在载波上,必消耗一定的功率.o强度调制器的功耗用:o单位带宽的驱动功率一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-调制器的质量指标调制器的质量指标 相位调制器
5、的功耗用:o插入损耗:一一 光波调制的基本概念光波调制的基本概念-调制器的质量指标调制器的质量指标 二二.晶体中的光波晶体中的光波 o实现光调制常利用电光效应,磁光效应,声光效应,其根本都是使被调制材料的电容率受到电场,磁场和声波场等外场的作用而发生变化,以实现光波的强度调制,束偏转和光开关等功能.二二.晶体中的光波晶体中的光波-晶体中的电容率张量在主轴坐标系下:o各向同性晶体各向同性晶体:二二.晶体中的光波晶体中的光波-晶体中的电容率张量单轴晶体:双轴晶体双轴晶体:对于晶体而言对于晶体而言,三斜晶系三斜晶系,单斜晶系和正交晶系的晶体是双轴晶体单斜晶系和正交晶系的晶体是双轴晶体,其三个主轴折射
6、率不相等其三个主轴折射率不相等 三角晶系三角晶系,四角晶系和六角晶系的晶体是单轴晶体四角晶系和六角晶系的晶体是单轴晶体,其两个主轴折射率相等其两个主轴折射率相等.二二.晶体中的光波晶体中的光波-晶体中的电容率张量二二.晶体中的光波晶体中的光波-晶体中的平面电磁波晶体中的平面电磁波二二.晶体中的光波晶体中的光波-折射率椭球折射率椭球 单轴晶体单轴晶体:o电光效应电光效应:外加电场引起晶体折射率的变化外加电场引起晶体折射率的变化,从而影响光波在晶体中的传播特性从而影响光波在晶体中的传播特性.o折射率与电场成比例的变化折射率与电场成比例的变化-线形电光效线形电光效应应(泡克耳斯效应泡克耳斯效应)o折
7、射率与电场的平方成比例的变化折射率与电场的平方成比例的变化-二二次方电光效应次方电光效应(克尔效应克尔效应)三三.晶体的电光效应晶体的电光效应 三三.晶体的电光效应晶体的电光效应 晶体外加电场时晶体外加电场时,折射率椭球方程可写成折射率椭球方程可写成:三三.晶体中的光波晶体中的光波-晶体的电光效应晶体的电光效应 o例如例如 LiNbo3 o铌酸锂是一种单轴晶体铌酸锂是一种单轴晶体,它的光轴是它的光轴是Z轴轴,无无外场时外场时,折射率椭球为折射率椭球为:外加电场作用后外加电场作用后,折射率椭球变形折射率椭球变形,可求得：可求得：三三.晶体中的光波晶体中的光波-晶体的电光效应晶体的电光效应 o折射率椭球方程：三三.晶体中的光波晶体中的光波-晶体的电光效应晶体的电光效应 例如例如:电场沿电场沿z z轴时轴时 折射率椭球方程为折射率椭球方程为:三三.晶体中的光波晶体中的光波-晶体的电光效应晶体的电光效应