高速光电半导体器件-6.3节翻译

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1、6.3电光调制器电光调制器的原理是基于对电光物质加载输入电压，电压所产生的电场对该物质折射率的调制。在图片6.5中所示的是一张简单的原理图，它由一个电容组成，这个电容的绝缘物质是一块电光材料。在静态条件下，输入电压将作用于电容的端，电容之间的金属板将产生一个相关的巨大的电场，其中h就是两块金属板之间的距离。折射率的变化指数，电场能够线性地调制通过电容的光波相位，这个相位变化。通过使两条相位已调制的光线发生完全的干涉现象，从而能够获得振幅调制。这就是Mach-Zender调制器的原理；其他它的调制方法包括基于偏振的调制器，其中的原理是通过外加的电场改变偏振方向而偏振器在空闲状态阻挡输出区的光场。

2、在定向耦合器中，外加的电场改变一个从传输端（打开状态）到接收端的定向耦合的状态（关闭状态）。几种可应用于制作电光调制器的电光材料物质：铁电晶体所具有的压电特性，例如铌酸锂（LiNbO3,经常利用LN来表示，最可能是今天最重要的材料），钽酸锂，钛酸钡在大体积或者薄片上面；半导体（GaAs和Inp）；最后，电光聚合物。基于硅片的调制器已经被提出，它可应用于开发由电荷注入所引起的折射率变化半导体展示了一种比铁电晶体更加微弱的电光效应，但是相关的结构能够提高感应电场归咎于其中结点效应，（也就是，外加电压作用于一个非常短的距离之内，如在一个pin节点结构的本征区附近）。此外，量子阱和多量子阱的结构能被利

3、用于改变物质的响应。在下一部分中，我们将主要聚焦于不同装置在不同材料结构时的相位调制及其调制的具体过程；Mach-Zehnder振幅调制器将会在本章的6.4节部分讨论。尽管在图片6.5中，根据电方面相关的特点，相位调制的结构是一个电容，调制带宽通过RC的阻断（即发生器电阻的电阻值）而被限制。集中的结构可以达到实践要求，在现实的驱动电压中或者几个Gbps的传输速度;高速调节器是基于分配，导波路径（查看第6.5章节部分）4SDFR是输入能量或者输入电压的时间间隔，也即是系统运行时的信噪比于系统的规格（最低下限）和可接受的失真（最高上限）。几种最高上限的定义是可利用的。（例如：输入能量与在互调水平的

4、输出能量等于噪声输出水平）图片6.5相位调制的原理是通过给电光调制器加载一个外加电压6.3.1铌酸锂电光调制器铌酸锂（LiNbO3）是一种各项异性的单轴晶体（由于铌酸锂和其他电光材料的特性，查看，例如，[55],表格9.2）。这种材料的介电常数是一个张量(它的长方型成分能够组成一个3x3的矩阵)，当相关系统符合晶体的主光轴时，这个张量会变成斜线。尽管该晶体是单轴的，它的其中一个轴（被称为光学的或者特别轴）是固定的，当其它两个轴（被称之为普通轴）能够被任意地在平面直角到光轴(普通轴)之间被选择。在这样一个坐标参考系统中（把x和y作为普通轴，z作为特别轴），绝缘体的介电常数是一个对角矩阵：其中有：

5、这两个折射率no和ne分别是普通折射率和特别折射率，由于材料物质的散射差异，在射频或者微波中的数值和光学中的数值是很不相同。在射频中有：从另一个方面来讲，光学中的数值是更低的：另一个需要考虑的影响是（归咎于它的压电特性）LN从DC到射频说表现的强烈的频率色散，从而有：在低频压电体增加电解质响应，但是在射频和力学相关的力学效应之上正在中止状态，导致一个明显的电解质参数的色散。这或许导致在低频时一种异常的调制器响应（例如：在M赫兹范围内）。由于电光效应，介电常数矩阵，的元素（相关的），也是一个外加电场元素的函数。这个函数能够在一系列的无限的系列中被方便地通过膨胀的变量来表示为：这其中有就是外加电场

6、在矩形器件中的扩展（单位向量分别为，，，），是二次线性方程张量r（维数是3x3x3,27个元素）的元素，是二次线性方程张量s（维数是3x3x3x3,81个元素）的元素。尽管在LN中，线性电光效应（也称作普克尔效应）对二次效应具有主导效果（也被称之为克尔效应），我们将继续聚焦于先前的理论并可以写出：（6.6）这里是我们已经联想到的，利用相关的介电常数矩阵的元素，即一个略去的指数如，而且我们可以进一步假设这个变化量是很小的，因此它能被有关联的变化规则所说包含。线性电光张量元素独自地满足应用领域的相互利益。这暗示着，以便于27个元素中只有18个是独立的。为了简化这一表示方法，简约的数字表达方法被引进

7、：一个18个独立的元素集合到一个3x6的矩阵中是通过简化最初两个系数ij到一个指数i，根据的是如下规则：ij=11i=1ij=（23，32）i=4ij=22i=2ij=（31，13）i=5ij=33i=3ij=（21，12）i=6在简化的指数标记法中，折射率的变化能都被这样表达：或者，扩展为：，i=1…6现在让我们考虑LN中的具体细节。我们表示相关系统主轴方向的介电常数，而且将系数（1，2，3）与