光調(diào)制器是通過電壓或電場的變化Z終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依據(jù)的基本理論是各種不同形式的電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、Frang-Keldgsh效應(yīng)、量子阱Stark效應(yīng)、載流子色散效應(yīng)等。

光調(diào)制器是什么

　　光調(diào)制器是高速、短距離光通信的關(guān)鍵器件，也是Z重要的集成光學(xué)器件之一。光調(diào)制器按照其調(diào)制原理來講，可分為電光、熱光、聲光、全光等，它們所依據(jù)的基本理論是各種不同形式的電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、Franz-Keldysh效應(yīng)、量子阱Stark效應(yīng)、載流子色散效應(yīng)等。

　　其中電光調(diào)制器是通過電壓或電場的變化Z終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在損耗、功耗、速度、集成性等方面都優(yōu)于其他類型的調(diào)制器，也是目前應(yīng)用Z為廣泛的調(diào)制器。在整體光通信的光發(fā)射、傳輸、接收過程中，光調(diào)制器被用于控制光的強(qiáng)度，其作用是非常重要的。

　　光調(diào)制的目的是對所需的信號或被傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行包括“去背景信號、去噪聲、抗干擾”在內(nèi)的形式變換，從而使之便于處理、傳輸和檢測。

光調(diào)制器的基本原理

　　根據(jù)將信息加載到光波上的位置，可將光調(diào)制器的調(diào)制類型分為兩大類：一類是用電信號去調(diào)制光源的驅(qū)動電源;另一類是直接對廣播進(jìn)行調(diào)制。前者主要用于光通訊，后者主要用于光傳感。簡稱為：內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。根據(jù)調(diào)制方式，光調(diào)制器調(diào)制類型又有：①強(qiáng)度調(diào)制;②相位調(diào)制;③偏振調(diào)制;④頻率和波長調(diào)制。

　　1、強(qiáng)度調(diào)制

　　光強(qiáng)度調(diào)制是以光的強(qiáng)度作為調(diào)制對象，利用外界因素使待測的直流或緩慢變化的光信號轉(zhuǎn)換成以某一較快頻率變化的光信號，這樣，就可采用交流選頻放大器放大，然后把待測的量連續(xù)測量出來。

　　2、相位調(diào)制

　　利用外界因素改變光波的相位，通過檢測相位變化來測量物理量的原理稱為光相位調(diào)制。

　　光波的相位由光傳播的物理長度、傳播介質(zhì)的折射率及其分布等參數(shù)決定，也就是說改變上述參量即可產(chǎn)生光波相位的變化，實現(xiàn)相位調(diào)制。

　　由于光探測器一般都不能感知光波相位的變化，必須采用光的干涉技術(shù)將相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)變化，才能實現(xiàn)對外界物理量的檢測，因此，光相位調(diào)制應(yīng)包括兩部分：一是產(chǎn)生光波相位變化的物理機(jī)理;二是光的干涉。

　　3、偏振調(diào)制

　　利用偏振光振動面旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)光調(diào)制Z簡單的方法是用兩塊偏振器相對轉(zhuǎn)動，按馬呂斯定理，輸出光強(qiáng)為I=I₀cos(2α)。其中：I₀表示兩偏振器主平面一致時所通過的光強(qiáng);α表示兩偏振器主平面間的夾角。

　　4、頻率和波長調(diào)制

　　利用外界因素改變光的頻率或光的波長，通過檢測光的頻率或光的波長的變化來測量外界的物理量的原理，稱為光的頻率和波長調(diào)制。

光調(diào)制器的分類

　　一般光纖通訊系統(tǒng)中的光調(diào)制器包括四類：①聲光(AO)調(diào)制器;②磁光調(diào)制器，即Farady調(diào)制器;③電光(EO)調(diào)制器;④電吸收(EA)調(diào)制器?，F(xiàn)代光纖系統(tǒng)中主要使用兩類光調(diào)制器，一種是依賴于一定平面波導(dǎo)載光方式改變的電光調(diào)制器，另一種是內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于激光器的半導(dǎo)體二極管電吸收調(diào)制器，后者能在透過光和吸收光兩個狀態(tài)下切換。

　　按照光調(diào)制器調(diào)制機(jī)理可分為：①電光調(diào)制器是利用電光晶體(如鈮酸鋰)的折射率隨外加電場而變即電光效應(yīng)實現(xiàn)光調(diào)制;②磁光調(diào)制器是利用光通過磁光晶體(如釔鐵石榴石)時，在磁場作用下其偏振面可發(fā)生旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)光調(diào)制;③聲光調(diào)制器是利用材料(如鈮酸鋰)在聲波作用下產(chǎn)生應(yīng)變而引起折射率變化即光彈效應(yīng)實現(xiàn)光調(diào)制;④波導(dǎo)型光調(diào)制器是用集成光學(xué)技術(shù)在基片上制成薄膜光波導(dǎo)實現(xiàn)電光、磁光或聲光調(diào)制。

　　1、電光調(diào)制器

　　電光調(diào)制器是利用介質(zhì)的線性電光效應(yīng)，即Pockles效應(yīng)。在外加調(diào)制信號時，介質(zhì)的折射率在信號電場的作用下由于電光效應(yīng)而產(chǎn)生變化，當(dāng)光載波進(jìn)入調(diào)制器后這種變化Z終將引起光載波的相位、振幅或頻率上的變化。電光調(diào)制器具有響應(yīng)速度快、調(diào)制速率高、帶寬大、便于集成、無頻率啁啾等優(yōu)點(diǎn)。

　　2、聲光調(diào)制器

　　顧名思義，聲光調(diào)制器的調(diào)制機(jī)制是聲光效應(yīng)。聲波通過介質(zhì)時會造成介質(zhì)的局部壓縮和伸長而產(chǎn)生彈性應(yīng)變，該應(yīng)變隨時間和空間作周期性變化，使介質(zhì)出現(xiàn)疏密相間的現(xiàn)象，如同一個相位光柵。當(dāng)光通過這一受到超聲波擾動的介質(zhì)時就會發(fā)生衍射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為聲光效應(yīng)。聲光調(diào)制器利用聲光效應(yīng)引起的布拉格衍射和拉曼-奈斯衍射。布拉格衍射是光波通過相位光柵時反射光形成的衍射，而拉曼-奈斯衍射是透射光形成的衍射。兩種衍射現(xiàn)象的衍射條紋(反映衍射光的光強(qiáng)分布)隨調(diào)制信號的變化而變化，實現(xiàn)光波的強(qiáng)度調(diào)制。

　　3、磁光調(diào)制器

　　磁光調(diào)制器的調(diào)制機(jī)制是法拉第磁致旋光效應(yīng)，線偏振光通過外加磁場的旋光晶體時偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為法拉第磁致旋光效應(yīng)。偏振面轉(zhuǎn)過的角度與外加磁場方向和強(qiáng)度有關(guān)，出射光經(jīng)檢偏器后強(qiáng)度隨外加磁場強(qiáng)度變化，實現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制。

　　4、電致吸收型調(diào)制器

　　電致吸收型調(diào)制器是利用半導(dǎo)體材料的量子限制Stark效應(yīng)(QCSE)，此種調(diào)制機(jī)制主要用于半導(dǎo)體調(diào)制器中。在外加電場作用下，激子吸收峰將會移動，并且吸收系數(shù)也會發(fā)生變化，工作波長接近吸收峰時調(diào)制器件上的調(diào)制電場將產(chǎn)生明顯的吸收調(diào)制。它具有體積小、調(diào)制電壓低、易于集成等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)在于存在頻率啁啾。