光調(diào)制器的基本原理

光調(diào)制器的基本原理

光調(diào)制器是高速、短距離光通信的關(guān)鍵器件，也是最重要的集成光學(xué)器件之一。光調(diào)制器按照其調(diào)制原理來(lái)講，可分為電光、熱光、聲光、全光等，它們所依據(jù)的基本理論是各種不同形式的電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、Franz-Keldysh效應(yīng)、量子阱Stark效應(yīng)、載流子色散效應(yīng)等。

其中電光調(diào)制器是通過(guò)電壓或電場(chǎng)的變化最終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在損耗、功耗、速度、集成性等方面都優(yōu)于其他類(lèi)型的調(diào)制器，也是目前應(yīng)用最為廣泛的調(diào)制器。在整體光通信的光發(fā)射、傳輸、接收過(guò)程中，光調(diào)制器被用于控制光的強(qiáng)度，其作用是非常重要的。

光調(diào)制的目的是對(duì)所需的信號(hào)或被傳輸?shù)?a target="_blank">信息進(jìn)行包括“去背景信號(hào)、去噪聲、抗干擾”在內(nèi)的形式變換，從而使之便于處理、傳輸和檢測(cè)。

根據(jù)將信息加載到光波上的位置，可將調(diào)制類(lèi)型分為兩大類(lèi)：

一類(lèi)是用電信號(hào)去調(diào)制光源的驅(qū)動(dòng)電源；另一類(lèi)是直接對(duì)廣播進(jìn)行調(diào)制。

前者主要用于光通訊，后者主要用于光傳感。簡(jiǎn)稱(chēng)為：內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。

根據(jù)調(diào)制方式，調(diào)制類(lèi)型又有：

1）強(qiáng)度調(diào)制；

2）相位調(diào)制；

3）偏振調(diào)制；

4）頻率和波長(zhǎng)調(diào)制。

1.1、強(qiáng)度調(diào)制

光強(qiáng)度調(diào)制是以光的強(qiáng)度作為調(diào)制對(duì)象，利用外界因素使待測(cè)的直流或緩慢變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成以某一較快頻率變化的光信號(hào)，這樣，就可采用交流選頻放大器放大，然后把待測(cè)的量連續(xù)測(cè)量出來(lái)。

1.2、相位調(diào)制

利用外界因素改變光波的相位，通過(guò)檢測(cè)相位變化來(lái)測(cè)量物理量的原理稱(chēng)為光相位調(diào)制。

光波的相位由光傳播的物理長(zhǎng)度、傳播介質(zhì)的折射率及其分布等參數(shù)決定，也就是說(shuō)改變上述參量即可產(chǎn)生光波相位的變化，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。

由于光探測(cè)器一般都不能感知光波相位的變化，必須采用光的干涉技術(shù)將相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)變化，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)外界物理量的檢測(cè)，因此，光相位調(diào)制應(yīng)包括兩部分：一是產(chǎn)生光波相位變化的物理機(jī)理；二是光的干涉。

1.3、偏振調(diào)制

利用偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)光調(diào)制最簡(jiǎn)單的方法是用兩塊偏振器相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，按馬呂斯定理，輸出光強(qiáng)為I=I0cos2α

其中：I0表示兩偏振器主平面一致時(shí)所通過(guò)的光強(qiáng)；α表示兩偏振器主平面間的夾角。

1.4、頻率和波長(zhǎng)調(diào)制

利用外界因素改變光的頻率或光的波長(zhǎng)，通過(guò)檢測(cè)光的頻率或光的波長(zhǎng)的變化來(lái)測(cè)量外界的物理量的原理，稱(chēng)為光的頻率和波長(zhǎng)調(diào)制。