1-1 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications 第六节 光调制器一,介绍
A 调制的方式,内调制,改变半导体激光器的注入电流来改变光频的参数,外调制,用独立于电源之外的外调制器完成,他不影响光源工作的稳定性,可得到较高的传输质量。
B 电光调制器,由电光晶体构成,电光晶体的电光效应,折射率 n随外加电场强度 E而变化。
介电抗渗参数?
2
)0()(
2
10
EEE
n



1-2 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
压比克尔效应要低一些线性电光效应所需的电二次电光系数克尔电光效应线性电光系数谱克尔电光效应参数未加电场时的介电抗渗


E
E
2
1
( 0 )
n
C.谱克尔效应 LiNbo3
E
nn
n
n
nnnEn
En
n
nE
EE



22
21
2
)(
1
)
)(
1
(
)(
2
1
33
32
)0()0()(






求
1-3 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
二,相位调制器 P224 Phase modulator
n(E)也是外加电场的线性函数,当信号电场 E改变时,介质 的折射率
n随之线性变化,从而实现对光的调制。
1-4 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
变化未加电压时的相位波长调制器的长度经受的相位变化为当光波通过此晶体时
0/2( 0 ),0,
0
)0()(
:,
3
2
1
)(
3
0


nLL
LErn
Lnk
ErnnnnE
E
n

A,一块电光晶体在横向或纵向通过电极加调制电压 V1,便在晶体中产生了电场强度 E,由于普克尔效应,折射率
1-5 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
横向纵向－》
0
0
V
0
3
3
3
-( 0)
rnl
d
V
rn
LErn
V
V



半波电压 V?决定于调制材料的特性 (n和 r)工作波长?及 d/l
B,半波电压横向,外加电场的方向垂直光的传播方向 E=v/d
纵向,外加电场的方向平行光的传播方向 E=v/L
半波电压 V?,相位?变化时所需加的电压
1-6 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
C.行波调制
1.电光调制器的调制频率为 f周期 t=1/f；
2.光通过调制器的渡越时间 T=L/v；
3.若 t<T,调制频率高,则光通过调制器时将经受不同的外加电场值,即受到不同的介电常数的影响；
4.最高调制频率的极限为 fmax约为 1/T；
5.提高调制速率的方法之一是采用行波调制器,电极做成传输线式,调制电压加于调制器的始端,如果调制信号的电波传播速度与光波传播速度匹配；则渡越时间的影响原则上可以消除。
D.光波导型相位调制器
1-7 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1-8 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
三,强度调制器 intensity modulator
A.利用相位调制器构成的干涉型强度调制器
Mach-Zehnder interferometers
1-9 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1.output 的光强
2.传输系数：
3,?(v)-v曲线设两臂的相位各变化为?1,?2，由于（ 1）中有相位调制作用，
故?1＝?(0)-?V/V(0)为未加外电场时的相位变化 两臂的相位差,
＝?1－?2＝?（ 0）＝?V/V?
（ 0）＝?1（ 0）－?2＝ constant
传输系数
2
)2/(2I T c o sI
2c o s?

TI
I
＝
][c o s 222 0 VV?＝
1-10 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1-11 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
4.（ 1）
曲线的线性段中点工作在调制器做线性调制器，
加半波电压时未加信号时
）（若 ＝
vv
v
v
VV
V


)(
2
1
2
]
24
[|)(
2/1
4
|)(
2
0
c o sc o s
c o s
2
2
0

1-12 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
也是可能的，通过速率目前可达几个这种强度调制器的工作构成光开关，两个状态之间转换，，调制器的传输系数在加未加信号时，
）＝（若
2 5 G H ZG H Z
01
0)
2
(
2
c o s( v ) | V
1( v ) |
20
vv
0V



（ 2）
1-13 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
B.偏振型强度调制：
利用相位延迟器和起偏器构成两个正交的偏振器中间加一个电控的相位延迟器，延迟期的主轴与两偏振其成 45度角放置。
1-14 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
EnrnEn
EnrnEn
322
2
1
2)(2
3
11
2
1
1)(1


LEnrnrkLnnk
LEnEnk
)
3
22
3
11(0
2
1
)21(0
)](2)(1[0


传输 L的长度之后,快慢方向两个正交模的相位延迟量为
1,工作原理：延迟器相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同,
为 n1,n2。
外加电场 E
1-15 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
延迟器电压成正比的动态相位相位延迟量与外加则令
)0(
)21(0)0(
3
22
3
11

V
V
Lnnk
nrnrL
d
V


2
I i s i nI
2
1
2
1
)(
2
1
)(
2
1
I
2?


相位差慢快
Ii
Ii
Ii
Ii
i
2,传输系数若外加电压加于相距为 d的两电极上则 E=V/d
半波电压
1-16 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1 0 0 0
m i n
m a x
2
22
1
]
24
[
2
s i n)(
,5,00
2
0 1
]
22
)0(
[
2
s i n
2
2
s i n)(
是可能的大于）（
。）＝（，）＝（）（






EXT
V
V
V
V
v
VV
V
V
Ii
I
v
由于反射,散射,吸收以及传播方向和偏振方向的误差等,?(v)的值小于 1,最小值也不是 0,称最大和最小的传输系数之比为消光比。
传输系数
1-17 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
四,定向耦合型强度调制
LiNbo3
采用电光调制方式,选用 LiNbo3作衬底,作出单模带状波导定向耦合器,再在波导上套制调制电极。
1.耦合长度 L0=2?/k0
光功率 P1(0)有波导 I的 (1)端输入,在未加电压时,功率完全能转换到波导 II中 (4)端输出,为交叉态
)0(1),1()(,
)0(1),4()(
)0(1),1(I )(,0
PIai n p u tVV
PIIbo u t p u t
Pai n p u tV


1-18 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1-19 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
( 3 ) " 1 "-I,( 3 ),-( a ) Io u t p u t --
:0")3(.I)4()()1()(
直通态交叉态
IIao u t p u tIai n p u t
由 (3)看来,无调制电压时,输出为 0.,0”状态,加调制电压后有输出,1”.完成了强度调制
2,传输系数
1-20 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
}
()]1[
2
s i n
{)
2
(
2
21,
22
)
2
(,2112
2
s i n
2
2
)0(1
)(2




kckkk
cz
c
k
P
ZP
1-21 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1-22 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
2/122
2/122
])0V/(31[
2
s i n
2/1
]
2
)
0
V
(31[
1
0/3L0
0
3
2
03
0
0
r L 0
3
2
-L0
])L 0 /(1[
2
s i n
2/1
]
2
)
L0
(1[
1
0,3L0
10,L0
V
V
VV
Lrn
d
V
V
d
n







＝
＝
1-23 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
五,调制器的参数
A.最大调制频率 fmax
B.调制强度?=(I0-I)/I0
I0无调制信号时的光强 I传输光强
C.调制带宽?f,调制强度下降到最大值一半时所对应的两个信号频率间隔,?f是决定元件所支持的信息容量的重要参数。