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電光調(diào)制器的原理及類型
來源: 閱讀:630 發(fā)布時間:2021-06-30 11:10:15
電光調(diào)制器的原理及類型

電光調(diào)制器(EOM)作為光纖鏈路里必不可少的器件,其性能的優(yōu)劣嚴重影響著系統(tǒng)信號的發(fā)射和接收。

電光調(diào)制器是通過電子控制信號來控制激光光束的功率、相位和偏振。它通常包含一個或兩個普克爾斯盒,有時可能還包含一些其它的光學元件,例如偏振器。下圖給出了不同類型的普克爾斯盒。其工作原理是線性電光效應(yīng)(也稱為普克爾斯效應(yīng)),即電場引起非線性晶體中的折射率變化與場的強度成正比。

能夠引起相位變化為π的電壓稱為半波電壓(Vπ)。對于一個普克爾斯盒,它的值通常為幾百甚至幾千伏,因此需要一個很高電壓的放大器。

采用一個合適的電子回路可以在幾納秒內(nèi)開關(guān)如此大的電壓,因此EOMs可以用作快速的光開關(guān)。在其它情況下,只需較小的電壓進行調(diào)制就足夠了,例如,只需要很小的振幅或者相位調(diào)制。

電光調(diào)制器的類型:

相位調(diào)制器

簡單的電光調(diào)制器為只包含一個普克爾斯盒的相位調(diào)制器,其中電場(通過電極施加到晶體上)改變激光光束進入晶體后的相位延遲。入射光束的偏振狀態(tài)通常需要與晶體的一個光軸平行,這樣光束的偏振態(tài)不會發(fā)生變化。

有些情況下只需要很小的相位調(diào)制(周期性的或者非周期性的)。例如,通常采用EOM來控制和穩(wěn)定光學諧振腔的諧振頻率。共振調(diào)制器通常用在需要周期性調(diào)制的情形,這時只需中等強度的驅(qū)動電壓就能得到很大的調(diào)制深度。有時調(diào)制深度很大,光譜中會產(chǎn)生很多旁瓣(光梳產(chǎn)生器,光梳)。

偏振調(diào)制器

根據(jù)非線性晶體的類型和指向不同,以及實際電場方向的不同,相位延遲也與偏振方向有關(guān)。因此普克爾斯盒可以看多電壓控制的波片,它還可以用來調(diào)制偏振態(tài)。對于線偏振的輸入光(通常與晶體軸有45°的夾角),輸出光束的偏振態(tài)通常為橢偏振,而不是簡單的由原來的線偏振光旋轉(zhuǎn)了一定的角度。

振幅調(diào)制器

如果與其它光學元件結(jié)合起來,尤其是與偏振器結(jié)合后,普克爾斯盒可以用作其它種類的調(diào)制。下圖中的振幅調(diào)制器是利用普克爾斯盒改變偏振態(tài),然后采用偏振器將偏振態(tài)的改變轉(zhuǎn)化成透射光振幅和功率的變化。

光開關(guān)也是一種調(diào)制器,其中透射為開或者關(guān)的狀態(tài),而不是逐漸變化的。這種光開關(guān)可以用作脈沖拾取器,從一列超短脈沖中選擇一定的脈沖,或者在傾腔激光器和正反饋放大器中。

熱補償裝置

如果需要在兩偏振方向之間引入相對相位變化,那么熱學影響就會對結(jié)果產(chǎn)生影響。因此,電光調(diào)制器通常包含兩個匹配的普克爾斯盒,這樣其相對相移隨溫度的變化可以相互抵消。也有的結(jié)構(gòu)中包含四塊晶體,具有嚴格相同的長度,抵消了雙折射效應(yīng)和空間游走。還有很多種類型的多晶體設(shè)計,取決于采用的材料和實際需要。

行波調(diào)制器

在很高調(diào)制帶寬的情況下,例如,在GHz范圍內(nèi),通常采用集成光學行波調(diào)制器。這里,電子驅(qū)動信號產(chǎn)生電磁波(微波)在與光束方向相同的電極間傳播。理想情況下,兩波的相速度是匹配的,因此即使頻率非常高且電極長度對應(yīng)幾個微波波長的情況下,也可以得到足夠的調(diào)制。

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