T(%) 100
调制的目的：利用调制传递信息。
如果在调制过程中波形失真，使调制 的信号不能还原——达不到目的。 0
V1 调制电压
透射光强 时间
V
V
31
一、强度调制
1. 纵向电光调制
为了获得线性调制，可以
通过引入一个固定的 /2相位延 迟，使调制器的电压偏置在T＝ 50％的工作点上。常用的办法 有两种：
解：
| nx
|| ny
|
1 2
n03
63 Ez

1 2
n03
63
V l
n 1 1.513 10.6 10 12 4000 ＝7.3 10 6
2
10 10 3
14
一、强度调制
2．横向电光调制


2
[(no

ne
)L

1 2
no 3
63
(
L d
)V
]
KDP晶体横向电光调制的主要缺点是存在自然双折射引起的相位延 迟，这意味着在没有外加电场时，通过晶体的线偏振光的两偏振分量之


1

2

2
no
3
63V

L d
若两块晶体的尺寸、性能及受外界影响完全相同，则自然双折射的
影响即可得到补偿。
8
一、强度调制
2．横向电光调制
当

时，半波电压为
V 2


2no 3
63

d L
例 在半波电压对KDP晶体纵向电光调制中，波长为1.06μm时，
12
一、强度调制
2．横向电光调制 常用的补偿方法有两种： 方法一：将两块几何尺寸几乎完全相同的晶体的光相互成90o串接排列。
x1 光波
+ z1 V
-
y
x2
L
z2
+
D
V 调制电压
-
11
一、强度调制
2．横向电光调制
方法二：两块晶体的z轴和y’轴互相反向平行排列，中间放置一块1／2 波片。这两种方法的补偿原理是相同的。外电场沿z轴(光轴)方向，但在两 块晶体中电场相对于光轴反向。
D
传播方向
电极
18
一、强度调制
2．横向电光调制
由于影响输出光强的主要因素是，所以只讨论 。
由于在z向加场，三个感应主轴的折射率和纵向运用相同。
nx ' ny '

no no

1 2 1 2
no3 63Ez no3 63Ez
nz ne

由于沿x’方向通光，入射光的振动方向 和z成450，光在晶体中分解为沿z，y’方向 振动的两束光。
V

2n03 63
33
一、强度调制
1. 纵向电光调制
T

sin 2 ( V
2V
)

1 2
[1

c
os
V
V
]
T (%)
T称为调制器的透过率。从而 可以画出光强调制特性曲线。
0 V
32
一、强度调制
1. 纵向电光调制 在一般情况下，输出的光强和调制电压并不是线性关系－波形失真。
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
第七讲 电光调制 周自刚
本讲主要内容
一、强度调制
纵向电光调制 横向电光调制
二、相位调制
40
电光调制的物理基础是电光效应，即某些晶体在外加电场的作用 下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受 到影响而改变，这种现象称为电光效应。
36
一、强度调制
1. 纵向电光调制
由于光强正比于电场的平方，因此，入射光强度为
Ii

E E*

Ex 0 2

Ey 0 2

2A2
当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，E x’和E y’二分量间就产生了一
个相位差 ，则
Ex L A E y L Aexp i
并与x或y 轴成45o夹角(晶体为45o-z切割)。
21
一、强度调制
2．横向电光调制（通光方向与电场方向垂直）
横向电光效应可以分为三种不同的运用方式： (2)沿x方向加电场(即电场方向垂直于x光
轴)，通光方向垂直于x铀，并与z轴成45o 夹角 (晶体为45o -x切割)。
20
一、强度调制
2．横向电光调制（通光方向与电场方向垂直）
(n 0,1,2,3,)
若取 m ＝1rad
则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1 =0.045，即三次谐波为基波的4.5%。 在这个范围内可以获得近似线性调制。
24
一、强度调制
1. 纵向电光调制
如在sin(△m sinωmt) 中△m 取远远小于1，
35
一、强度调制
1. 纵向电光调制
(Ey )0
A [exp i 1]
2
与之相应的输出光强为：
x
x’
y’
45o 45o y
I

E E*

A2
[exp i 1][exp i 1]
2A2
sin 2

2
2
注意要用到： cos x eix eix 2

2
[(no

ne )l

1 2
no3
63
l d
V
]

其中Ez

V d

16
一、强度调制
2．横向电光调制


2
(ny '
nz )l

2
[(no
ne )l

1 2
no3 63Ezl ]

2
[(no

ne )l

1 2
no3 63
l d
V
]

其中Ez
z x
zV x
λ/2波片 L
y
y
V
D
x z
10
一、强度调制
2．横向电光调制
针对方法二讨论：
当线偏振光沿x’轴方向入射第一块晶体时，电矢量分解为沿z方向
e1光和沿y’方向的o1光两个分量，当它们经过第一块晶体之后，两束
光的相位差
z
V
λ/2波片
y/
1
y
x

2
(no
ne

1 2
no
3
63
Ez
)L
9
一、强度调制
2．横向电光调制 经过1/2波片后，两束光的偏振方向各旋转900。
经过第二块晶体后，原来e1光变成o2 光， o1光变成e2光，则它们经过第二
块晶体后，其相位差
2
z
y

2
(ne
no

1 2
no
3
63
Ez
)
L
于是，通过两块晶体之后的总相位差
sin x 1 cos x
2
2
34
一、强度调制
1. 纵向电光调制
将出射光强与入射光强相比，得：
T I sin 2 ( ) sin 2 ( V )
Ii
2
2V
怎么来的？

n x
ny

2
n03 63Ez L
2
n03 63V
V 2
100 透过率 (%)
50
0
V/2 调制电压
透射光强 时间
V
电压
30
一、强度调制
1. 纵向电光调制
其一，除了施加信号电压之外，再附加一个 Vλ/4 的固定偏压，但会增 加电路的复杂性，且工作点的稳定性也差。
自然光
x -y
z ？
输出光
29
一、强度调制
1. 纵向电光调制
其二，在光路上插入一个1／4波片其快慢轴与晶体主轴x成45o 角，使Ex’和Ey’二 分量间产生 /2 的固定相位差。则总相位差
[1

sin(
m
s
in
mt
)]
利用贝塞尔函数恒等式展开

sin(m sin mt) 2 J 2n1(m )sin(2n 1)mt n1
26
一、强度调制
1. 纵向电光调制
得
T

I Ii

1 2

n0
J 2n 1 (m
) s in
(2n
1)mt
横向电光效应可以分为三种不同的运用方式： (3)沿y轴方向加电场，通光方向垂直于y
轴，并与z轴成45o夹角(晶体为45o -y切割）。
19
一、强度调制
2．横向电光调制
外加电场是沿z轴方向，Ex=Ey=0， Ez=E，晶体的主轴 x， y旋转
45o 至 x’，y’。
输入光偏 振方向
L z
xy
V 调制电压

V d

晶体自然双折射引
起的相差与外加电场 无关，在实际应用中 起偏置作用，对温度 非常敏感。
使降低调制电压的途径： 在达到一定量相位调制的前 提下，
①增加晶体长度 ②减小晶体厚度
15
一、强度调制
2．横向电光调制 例题：在长度为10mm的KDP晶体上施加4000V的电压，计算
折射率变化情况。
调制光 Io