电光调制器是利用某些
电光晶体,如铌酸锂
晶体(LiNb03)、
砷化镓晶体(GaAs)和
钽酸锂晶体(LiTa03)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。
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。
输入光波经过一段光路后在一个Y分支处被分成相等的两束,分别通过两
光波导传输,光波导是由
电光材料制成的,其折射率随外加电压的大小而变化,从而使两束光信号到达第2个Y分支处产生
相位差。若两束光的
光程差是波长的整数倍,两束光
相干加强;若两束光的光程差是波长的1/2,两束
光相干抵消,调制器输出很小.因此通过
控制电压就能对光信号进行调制。
定向耦合式
调制器是由平行且距离很小的两个光波导组成,其中一个波导的光能耦合到另一个波导内,电极电场的作用是改变波导的传播特性和促进两波导间的横向
光耦合。在光的一个耦合周期内,当电极上无电压时,一个波导内传输的光将完全耦合到另一个波导输出;当电极上有电压时,进入一个波导内的光,耦合后将完全再返回到原波导中传播和输出.因此光信号就受到了控制电压的调制。
F-P型
调制器是利用两端面的反射来形成F-P腔,光波在F-P腔中的
相位延迟随波导电极上所加电压引起的折射率的变化而变化,输出
光强也作相应的变化,从而实现对入射光信号的调制。
与其他结构形式的调制器(M-Z干涉仪式调制器、定向耦合式调制器等)相比,F-P型调制器具有
调制灵敏度高的特点,因此在光传感,
光通信等方面有重要用途。
Si基光调制器是借助于Si
晶体的电光效应而实现调制的。对于Si这样的材料来说,由于
晶体的对称性,非线性电光普克尔效应发生在未应变的纯Si中,在
半导体材料中,增大电光相互作用的最好方法:一种是
热光效应;另一种是
载流子注入。
双输出电光强度
调制器一般采用M-Z型结构,其调制原理与M-Z
干涉仪电光调制器相似,只是将M-Z干涉仪的第2个Y形分支换成一个3dB
耦合器,从而使该调制器具有两个光输出口,由于每个输出口具有50%的光输出,可以使用一个输出对信号进行监测,从而进一步改善
载噪比。这种调制器在模拟光纤(CATV)和纤维光学传感器中得到了广泛的应用。
截止式
调制器当不加电压时,波导恰好处于最低阶模的截止点,而当加上调制电压时,调制电场通过
电光效应使波导折射率增加,导致最低阶模高于截止点而使
光导通,从而实现对光波的调制。
随着
薄膜技术的发展,特别是可选
薄膜材料的增多,薄膜
调制器技术倍受关注.E/O
有机聚合物高速调制器的研究始于1990年,由于有机聚合物材料相对于
无机材料具有许多优点,因此发展十分迅速,有望制成超高速调制器。