电光调制器

什么是电光调制器

电光调制器是大容量光纤传输网络和高速光电信息处理系统中的关键器件。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。



电光调制器的物理基础

光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而折射率的分布又与其介电常量（电容率）密切相关。晶体折射率可用施加电场E的幂级数表示，即

或写成

式中， γE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯(Pockels)效应；由二次项 bE2 引起的折射率变化，称为二次电光效应或克尔（Kerr ）效应。对于大多数电光晶体材料，一次效应要比二次效应显着，可略去二次项。

电光调制器的原理

要用激光作为传递信息的工具,首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上去的问题,我们把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制,把完成这一过程的装置称为激光调制器.由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调.因为激光实际上只起到了"携带"低频信号的作用,所以称为载波,而起控制作用的低频信号是我们所需要的,称为调制信号,被调制的载波称为已调波或调制光.按调制的性质而言,激光调制与无线电波调制相类似,可以采用连续的调幅,调频,调相以及脉冲调制等形式,但激光调制多采用强度调制.强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号,使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化.激光调制之所以常采用强度调制形式,主要是因为光接收器一般都是直接地响应其所接受的光强度变化的缘故.

激光调制的方法很多,如机械调制,电光调制,声光调制,磁光调制和电源调制等.其中电光调制器开关速度快,结构简单.因此,在激光调制技术及混合型光学双稳器件等方面有广泛的应用.电光调制根据所施加的电场方向的不同,可分为纵向电光调制和横向电光调制.利用纵向电光效应的调制,叫做纵向电光调制,利用横向电光效应的调制,叫做横向电光调制.

硅基电光调制器分类

从电学结构分，可分为：

PIN结构调制臂截面：双极场效应管结构［16］（BMFET）：通过对端电压的控制来实现载流子的注入或耗尽。工艺较PIN复杂，响应频率较高，从几MHz到几十MHz。其截面示意如图2所示。



PIN结构：通过PIN［15］结构的正偏或反偏来实现载流子的注入或耗尽。其特点是制作工艺较简单，集成度差，响应频率较低，从几百kHz到几MHz。如果截面做得小，则调制频率可达几十兆赫兹甚至更高。其结构如图3所示。