第四章--光波导调制器

第四章光波导调制器第四章光波导调制器实现光调制有两种方式: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.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.一光波调制的基本概念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.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.一光波调制的基本概念--相位调制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:)(cos)(twtAtE)(,为已调波的瞬时相位率为光载波的振幅和角频tA为归一化调制信号为调制指数为初相位)()()(00tMtMt例如:一光波调制的基本概念--相位调制为调制信号的角频率调相波电场为：则：正弦调制信号：mmmttAtEttM0sincos)(sin)(在一定条件下，可以利用两个调相波构成偏振调制。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:一光波调制的基本概念--偏振调制)(cos)()(cos)(02220111后：消去tMtAtEtMtAtEyx)(sin)(cos22212221ttAAEEAEAEYXyx)(相位差为两个调制相波的瞬时式中t)(sin)(cos22212221ttAAEEAEAEYXyx一光波调制的基本概念--偏振调制012)()()(tMt/)(M)(M01020而变化。椭圆偏振光，随相位差旋或右旋圆偏振光态，可以是线偏振，左的偏振振调制的效果，合成后而变。这样就得到了偏随而而变，差成后的偏振态，随相位调制，这两个已调波合信号，其相位同时被振光，沿一方向传播时相互垂直的同频率线偏向差。可知：两个偏振方是两个光载波的初相位tt012)()()(tMt一光波调制的基本概念--偏振调制设两个光波的场强振幅矢量为A1A2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,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.一光波调制的基本概念--强度调制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.调制深度:一光波调制的基本概念--调制器的质量指标/)(/)(M0M0M000IIIIIIIIIIIIII0M光强。为无调制信号时的输出的输出光强，为施加最大调制信号时信号时的输出光强，为调制器施加某一调制最大调制深度:/)(/)(M0M0M000maxIIIIIIIIIIMM一光波调制的基本概念--调制器的质量指标调制带宽:调制带宽定义为:调制深度降到最大值的一半所对应的两个调制频率之差.记作:一光波调制的基本概念--调制器的质量指标sf调制带宽是标志载波能够携带信息量的重要参数最高调制频率fsm是指中心调制频率的最大值.对于电光调制器:它由光波通过调制器的渡越时间决定.声光调制器:是受电声换能器的频率特性限制的.一光波调制的基本概念--调制器的质量指标单位带宽的驱动功率把一定容量的信息加在载波上,必消耗一定的功率.强度调制器的功耗用:单位带宽的驱动功率一光波调制的基本概念--调制器的质量指标所需的驱动功率带宽为，为实的现某一调制深度来量度，sIsIfPf/P相位调制器的功耗用:fPf/Ps2s所需的驱动功率。带宽为，为实现某一调相指数来量度，插入损耗:一光波调制的基本概念--调制器的质量指标为输入光强/)(/)(LM0MM00iiiiiIIIIIIIIIIIsr，开关时间开关的消光比/)(r强。关的两种状态的输出光为光开关处于个开，，copopcopIIIIIf)(21s二.晶体中的光波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.晶体中的光波--晶体中的电容率张量ˆEˆD为电容率张量333231232221131211ˆ在主轴坐标系下:沿三个主轴的电容率素即为为对角矩阵，其对角元ˆ000000ˆ321各向同性晶体:二.晶体中的光波--晶体中的电容率张量111000000ˆ单轴晶体:311000000ˆ双轴晶体:321000000ˆ为主轴折射率），，，（，/32123032202210102nnnnnnn2220321n000n000nˆ对于晶体而言,三斜晶系,单斜晶系和正交晶系的晶体是双轴晶体,其三个主轴折射率不相等321nnn三角晶系,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.e3021321nnnnnnnn，记作：二.晶体中的光波--晶体中的电容率张量二.晶体中的光波--晶体中的平面电磁波SSEEn)(-D20cossin120222''0'（非常光）（寻常光）nnnnne二.晶体中的光波--折射率椭球1232222212nznynx单轴晶体:122222eonznyx电光效应: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.折射率与电场成比例的变化----线形电光效应(泡克耳斯效应)折射率与电场的平方成比例的变化-----二次方电光效应(克尔效应)三.晶体的电光效应1)1()1(,,2,2jijijijiyxnn三.晶体的电光效应晶体外加电场时,折射率椭球方程可写成:rE321KEr)1()1()1(ijkKkKijk,2,2,2为电光系数张量元素为外加电场分量，，：下，可以表示为的增量，在主轴坐标系是由外加电场引起的其中jijijinnn三.晶体中的光波--晶体的电光效应321636261535251434241333231232221131211625242322212111111EEErrrrrrrrrrrrrrrrrrnnnnnn例如LiNbo3铌酸锂是一种单轴晶体,它的光轴是Z轴,无外场时,折射率椭球为:1222022enznyx外加电场作用后,折射率椭球变形,可求得：32122515133132213226252423222120000r00000-0111111EEErrrrrrrnnnnnn三.晶体中的光波--晶体的电光效应折射率椭球方程：三.晶体中的光波--晶体的电光效应1222111225151233221322202132220xyErxzEryzErzErnyErErnxErErnxxyzezyzy例如:电场沿z轴时0,0,YXZEEEE折射率椭球方程为:111123322132021320zErnyErnxErnzezz三.晶体中的光波--晶体的电光效应2ez3320z13n1rn1rEE，zeezeeErnnErnnnnznnyx333133202220022303021211)()(eeennnnnn'00'0zoeeErnrnLnnL)(21333330