光调制器

一般光纤通讯系统中的外调制器包括四类:①声光(AO)调制器;②磁光调制器，即Farady调制器;③电光(EO)调制器④电吸收(EA)调制器。现代光纤系统中主要使用两类调制器，一种是依赖于一定平面波导载光方式改变的电光调制器，另一种是内部结构类似于激光器的半导体二极管电吸收调制器，后者能在透过光和吸收光两个状态下切换。

按照调制机理可分为:①电光调制器是利用电光晶体(如铌酸锂)的折射率随外加电场而变即电光效应实现光调制;②磁光调制器是利用光通过磁光晶体(如钇铁石榴石)时，在磁场作用下其偏振面可发生旋转实现光调制;③声光调制器是利用材料(如铌酸锂)在声波作用下产生应变而引起折射率变化即光弹效应实现光调制;④波导型光调制器是用集成光学技术在基片上制成薄膜光波导实现电光、磁光或声光调制。

电光调制器(EOM)是利用某些电光晶体，如铌酸锂(LiNbO3)、砷化镓(GaAs)和钽酸锂(LiTaO3)的电光效应而制成的。电光调制是基于线性电光效应(普尔克效应)即光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。电光效应导致的相位调制器中光波导折射率的线性变化，使通过该波导的光波有了相位移动，从而实现相位调制。单纯的相位调制不能调制光的强度。但由包含两个相位调制器和两个Y分支波导构成的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪型调制器可以调制光的强度。

M-Z干涉仪式调制器结构如图1所示。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，从而使两束光信号分别到达第2个Y分指出产生相位差。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。

对于各种类型的高速调制器，主要应考虑高频信号的频率限制问题，为此可将高频调制信号以行波形式输入，以确保电光调制器中光波和调制电场具有相同的速度。目前高速长距离系统中，所用调制器大多数是以M-Z干涉仪为基础的行波电极电光调制器。这种调制器具有如下优点:

(1) 采用行波电极，可获得很高的工作速度;

(2) 以铌酸锂(LiNbO3)材料为衬底制作的M-Z调制器与DFB激光器(分布式反馈激光器)组合，使调制信号的频率啁啾非常小;

(3) 性能的波长依赖性很小。

对未来的光网络来说，集成化是必然的发展趋势，对器件的尺寸的要求越来越苛刻。有机聚合物是当今公认的最具挑战意义的一种新型非线性光学材料，并且由于其自身的优点，正成为人们关注的焦点。使用聚合物电光材料制成的有机物电光调制器将在未来的光通信、光信息处理领域发挥越来越重要的作用。

光调制器、光源、光电探测器和光放大器是光有源器件的四种重要类型，其中光调制器是告诉、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光发射机的功能是把输入电信号转换成光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路，其中把电信号转换为光信号的过程就是光调制。调制后的光波经过光纤道送到接收端，由光接收机鉴别出它的变化，再恢复原来的信息，这个过程就是光调解。

目前主要有两种声光调制器：自由空间声光调制器和光纤耦合声光调制器。主要用在彩色印刷、激光成像和显示、光纤通讯开关、仪器及科研中

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。

电光调制器有很多用途。相位调制器可用于相干光纤通信系统，在密集波分复用光纤系统中用于产生多光频的梳形发生器，也能用作激光束的电光移频器。

电光调制器有良好的特性，可用于光纤有线电视(CATV)系统、无线通信系统中基站与中继站之间的光链路和其他的光纤模拟系统。

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。