集成光电子器件lpl(第七章final)ppt课件.ppt

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1、第七章光调制器9/17/20211§7.1光调制的分类§7.2电光调制器§7.2.1电光效应§7.2.2LiNbO3晶体的电光效应§7.2.3LiNbO3晶体的电光效应§7.3声光调制器和磁光调制器9/17/20212§7.1光调制的分类光调制：把欲传输的低频信息加载到高频激光上的过程。光调制器：实现光调制的装置。其中激光起到携带低频信号的作用，称为载波；低频信息起控制作用，称为调制信号。9/17/202131.内调制：是指在激光振荡过程中加载调制信号，即以调制信号为电流信号注入半导体光源（LD或L

2、ED）中，控制激光振荡的参数，使激光输出特性受到调制，从而获得相应的光信号输出，实现调制目的。LD或LED驱动电流内调制的结构图一.按光波调制与光源的关系，可分为内调制和外调制(又叫直接调制和间接调制）两类。9/17/20214内调制的方式一般有两种：a.采用电源调制方法，即把调制电流作为激光器的工作电流，直接改变激光器的输出光强。这是一种光强度调制（IM）的方法。如：注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制。b.是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制电流信号

3、控制元件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器输出特性。最常用的是第一种方式9/17/20215因此，内调制只适用短距离（<120km）、低速率（<2.5Gb/s）的信号调制。内调制的缺点：存在啁啾现象，引起激光器光谱线宽展宽，造成传输信号严重的色散，限制信号的传输距离。由于调制电流的变化将引起激光器谐振腔的长度发生变化，引起发射激光波长随调制电流变化，即引起调制啁啾。内调制的优点：结构简单、损耗小、经济、容易实现等。9/17/202162.外调制：指在激光形成以后，再用调制信号对激光

4、进行调制。方法：在谐振腔外的激光光路上放置调制器，在信号电流的驱动下，利用晶体的电光效应、声光效应和磁光效应等性质使调制器的某些物理特性发生相应的变化，当激光通过时即可达到调制激光的目的。调制器驱动电流电流LD外调制的结构图9/17/20217外调制不改变激光器的参数，而是改变已经输出的激光的参数（如强度、频率、相位等）。即适应于半导体激光器，也适用于其它类型的激光器。外调制的优点：克服了内调制的啁啾现象，调制速率高，调制带宽要宽得多。外调制的缺点：需要专门的调制器，结构复杂，调制器的引入造成损耗大

5、、价格贵。因此，外调制适用于高速率、长距离的传输系统。9/17/20218010011100基带信号调幅调频调相二.按载波是否连续，可分为连续式调制和脉冲式调制。1.连续式调制：激光载波是连续的。9/17/20219周期脉冲序列载波2.脉冲式调制：脉冲调制是用一种间歇的周期性脉冲序列作为载波。载波受到调制信号的控制，使得脉冲的幅度、宽度、频率和位置等随之发生变化，实现调制。9/17/202110脉冲调制形式9/17/202111三.按调制的性质，可以分为调幅、强度、调频及调相调制等。01001110

6、0基带信号调幅调频调相9/17/202112设激光载波的瞬时电场为：如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：其中Am和ωm分别是调制信号的振幅和角频率9/17/202113其调幅波的表达式为：式中，称为调幅系数。1.振幅调制：使载波的振幅随着调制信号而变化，简称调幅。9/17/2021142.强度调制：使光载波的强度(光强)随调制信号而变化。激光载波的电场强度为：强度调制的光强表达式可写为:其中:为强度调制系数。9/17/202115因为接收器(探测器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化，所以强度

7、调制是最常用的调制方式，又称为IM-DD方式，即强度调制/直接检测。由于强度调制器和幅度调制器在结构上没什么区别，有时就把强度调制称为幅度调制。9/17/202116中的角频率ωc不再是常数，而是随调制信号而变化，即：对于调频而言，就是式3.频率调制：使光载波的角频率随调制信号而变化。频率调制波的表达式为：其中称为调频系数。9/17/202117式中，称为调相系数。则调相波的表达式为：调频和调相这两种调制波都表现为总相角(t)的变化，因此统称为角度调制。4.相位调制：就是光载波表达式中的相位角不再

8、是常数，而是随调制信号的变化规律而变化。9/17/202118§7.2电光调制器对于外调制需要有专门的光调制器。外调制的方法是在谐振腔外的激光光路上放置调制器，在信号电流的驱动下，利用晶体的电光效应、声光效应和磁光效应等性质使调制器的某些物理特性发生相应的变化，当激光通过时可达到调制激光的目的。根据调制器利用晶体中的不同效应，可分为：★电光调制器★声光调制器★磁光调制器9/17/202119§7.2.1电光效应电光效应就是某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化