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电光调制器的原理及类型

时间:2020-12-31 来源:新特光电 访问量:1164

电光调制器(EOM)作为光纤链路里必不可少的器件,其性能的优劣严重影响着系统信号的发射和接收。

电光调制器是通过电子控制信号来控制激光光束的功率、相位和偏振。它通常包含一个或两个普克尔斯盒,有时可能还包含一些其它的光学元件,例如偏振器。下图给出了不同类型的普克尔斯盒。其工作原理是线性电光效应(也称为普克尔斯效应),即电场引起非线性晶体中的折射率变化与场的强度成正比。

电光调制器

能够引起相位变化为π的电压称为半波电压(Vπ)。对于一个普克尔斯盒,它的值通常为几百甚至几千伏,因此需要一个很高电压的放大器。

采用一个合适的电子回路可以在几纳秒内开关如此大的电压,因此EOMs可以用作快速的光开关。在其它情况下,只需较小的电压进行调制就足够了,例如,只需要很小的振幅或者相位调制。

电光调制器的类型:

相位调制器

最简单的电光调制器为只包含一个普克尔斯盒的相位调制器,其中电场(通过电极施加到晶体上)改变激光光束进入晶体后的相位延迟。入射光束的偏振状态通常需要与晶体的一个光轴平行,这样光束的偏振态不会发生变化。

有些情况下只需要很小的相位调制(周期性的或者非周期性的)。例如,通常采用EOM来控制和稳定光学谐振腔的谐振频率。共振调制器通常用在需要周期性调制的情形,这时只需中等强度的驱动电压就能得到很大的调制深度。有时调制深度很大,光谱中会产生很多旁瓣(光梳产生器,光梳)。

偏振调制器

根据非线性晶体的类型和指向不同,以及实际电场方向的不同,相位延迟也与偏振方向有关。因此普克尔斯盒可以看多电压控制的波片,它还可以用来调制偏振态。对于线偏振的输入光(通常与晶体轴有45°的夹角),输出光束的偏振态通常为椭偏振,而不是简单的由原来的线偏振光旋转了一定的角度。

振幅调制器

如果与其它光学元件结合起来,尤其是与偏振器结合后,普克尔斯盒可以用作其它种类的调制。下图中的振幅调制器是利用普克尔斯盒改变偏振态,然后采用偏振器将偏振态的改变转化成透射光振幅和功率的变化。

电光调制器

光开关也是一种调制器,其中透射为开或者关的状态,而不是逐渐变化的。这种光开关可以用作脉冲拾取器,从一列超短脉冲中选择一定的脉冲,或者在倾腔激光器和正反馈放大器中。

热补偿装置

如果需要在两偏振方向之间引入相对相位变化,那么热学影响就会对结果产生影响。因此,电光调制器通常包含两个匹配的普克尔斯盒,这样其相对相移随温度的变化可以相互抵消。也有的结构中包含四块晶体,具有严格相同的长度,抵消了双折射效应和空间游走。还有很多种类型的多晶体设计,取决于采用的材料和实际需要。

行波调制器

在很高调制带宽的情况下,例如,在GHz范围内,通常采用集成光学行波调制器。这里,电子驱动信号产生电磁波(微波)在与光束方向相同的电极间传播。理想情况下,两波的相速度是匹配的,因此即使频率非常高且电极长度对应几个微波波长的情况下,也可以得到足够的调制。

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