自由空間激光通信系統(tǒng)以大氣為傳輸介質(zhì)來(lái)傳輸激光信號(hào)，只要保證激光發(fā)射，接收端之間無(wú)遮擋路徑以及足夠高的光發(fā)射功率，就可以用來(lái)通信。它結(jié)合了光纖通信和射頻通信的優(yōu)點(diǎn)，還不需要鋪設(shè)光纖，傳遞信息量大，傳輸距離遠(yuǎn)，易于保密等特點(diǎn)，具有廣闊發(fā)展前景和重要研究?jī)r(jià)值。

一、電光調(diào)制器

激光調(diào)制技術(shù)就是把想要傳遞的信息加載到激光輻射的技術(shù)，激光調(diào)制分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種，內(nèi)調(diào)制指加載調(diào)制信號(hào)在激光振蕩的過(guò)程中進(jìn)行，以調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律去改變振蕩的參數(shù)，從而改變激光輸出特性而實(shí)現(xiàn)調(diào)制。外調(diào)制指加載調(diào)制信號(hào)在激光形成后進(jìn)行，調(diào)制器處在激光諧振腔外部，當(dāng)輸出激光通過(guò)它后就會(huì)調(diào)制。外調(diào)制不改變激光器本身的性能，而且，調(diào)制帶寬范圍更大，相對(duì)會(huì)受到人們重視的。

激光外調(diào)制的方法根據(jù)調(diào)制器原理不同常分為電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制、直接調(diào)制等。在大功率、高速率的激光通信中，電光調(diào)制技術(shù)尤為常用，電光調(diào)制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大功率、高速率的激光通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，從物理意義上說(shuō)，電光調(diào)制器并沒(méi)有利用任何的放大現(xiàn)象或非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，可以理解為無(wú)源元件，因而加上某些附屬電路和電源組成的電光調(diào)制驅(qū)動(dòng)器對(duì)電光調(diào)制器的使用起決定性作用。

二、鈮酸鋰電光調(diào)制器的工作原理

鈮酸鋰晶體具有一個(gè)三角晶體結(jié)構(gòu)，有比較大的熱電、壓電、電光和光電常數(shù)等特性。鈮酸鋰晶體已廣泛應(yīng)用于聲波轉(zhuǎn)換器、聲波遲緩器、聲波過(guò)濾器、光放大調(diào)制器等裝置。電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效應(yīng)，就是對(duì)鈮酸鋰晶體施加電場(chǎng)時(shí)，晶體的折射率發(fā)生改變的效應(yīng)。有些晶體內(nèi)部由于自發(fā)極化存在著固有電偶極矩，當(dāng)對(duì)這種晶體施加電場(chǎng)時(shí)，外電場(chǎng)使晶體中的固有偶極矩的取向傾向于一致或某種優(yōu)勢(shì)取向，因此必然改變晶體的折射率，即外電場(chǎng)使晶體的光率體發(fā)生變化。

電光晶體位于起偏鏡和檢偏鏡之間，在未施加電場(chǎng)時(shí)，起偏鏡和檢偏鏡相互垂直，自然光通過(guò)起偏鏡后被檢偏鏡擋住不能通過(guò)。施加電場(chǎng)時(shí)，光率體變化，光便能通過(guò)檢偏鏡。通過(guò)檢偏鏡的光的強(qiáng)弱由施加于晶體上的電壓的大小來(lái)控制，即通過(guò)控制電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)弱調(diào)制的目的。電光效應(yīng)包括克爾效應(yīng)和泡克耳斯效應(yīng)。

波導(dǎo)電光調(diào)制器利用晶體介質(zhì)的泡克耳斯效應(yīng)使介質(zhì)的介電張量產(chǎn)生微小的變化來(lái)產(chǎn)生相差，但由于波導(dǎo)調(diào)制器基本上只是對(duì)很小的包膜區(qū)施加外電場(chǎng)，將場(chǎng)限制在薄膜區(qū)附近，因此它需要的驅(qū)動(dòng)功率不是很大，波導(dǎo)電光調(diào)制器為了利用最大的電光系數(shù)，常使外加電場(chǎng)取Z向，為了避免雙折射效應(yīng)，光波的偏振方向與外加電場(chǎng)一致，這樣不會(huì)出現(xiàn)非對(duì)角的張量變化，當(dāng)工作模式為單模傳輸，可以不考慮模式間的耦合問(wèn)題。

常見(jiàn)的鈮酸鋰調(diào)制器主要是M-Z干涉儀型調(diào)制器，其工作原理是輸入光波經(jīng)過(guò)Y分束器時(shí)，光波能量被平均分配到上下兩個(gè)調(diào)制臂中，通過(guò)電信號(hào)產(chǎn)生的電場(chǎng)改變晶體的折射率，從而改變上下兩波導(dǎo)的相位，使其經(jīng)過(guò)Y形合束器時(shí)發(fā)生光的干涉，從而實(shí)現(xiàn)輸出端光強(qiáng)的0-1分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的調(diào)制。這種結(jié)構(gòu)調(diào)制器對(duì)波長(zhǎng)依賴性小，具有很多優(yōu)點(diǎn)。

(a) M-Z型電光調(diào)制器

(b) 鈮酸鋰電光調(diào)制器示意圖

三、Ixblue 2um鈮酸鋰電光調(diào)制器測(cè)試及其產(chǎn)品參數(shù)

鈮酸鋰電光調(diào)制器測(cè)試光路實(shí)物圖

我們使用一臺(tái)上海筱曉的可調(diào)諧的2004m中紅外DFB激光器，2um的鈮酸鋰電光調(diào)制器，索雷博的探測(cè)器，EOT5000F探測(cè)器，泰克的信號(hào)發(fā)生器和示波器以及連接跳線若干，進(jìn)行測(cè)試調(diào)制器對(duì)光調(diào)制功能：

1.我們搭建以上光路，測(cè)量2004nm DFB激光器的輸出功率為1.6mW,然后連接到鈮酸鋰調(diào)制器的光輸入端，光輸出端連接到索雷博的功率計(jì)上，測(cè)量光功率輸出值為0.5mW。

2.然后把光輸出端連接至EOT5000F的探測(cè)器上，連接探測(cè)器到示波器上，再把鈮酸鋰調(diào)制器的RF端口連接到信號(hào)發(fā)生器上。

3.通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生的波形，電壓幅值，頻率大小，在示波器上觀察調(diào)制的波形變化，結(jié)果如下所示：

給ixblue 2um鈮酸鋰調(diào)制器RF端加載正弦波

RF加載8V,50KHz的正弦波

RF加載8V,100KHz的正弦波

RF加載8V,1MHz的方波

給ixblue 2um鈮酸鋰調(diào)制器RF端加載三角波

RF加載8V,50KHz的三角波

RF加載8V,100KHz的三角波

RF加載8V,800KHz的三角波

我們通過(guò)調(diào)整鈮酸鋰調(diào)制器的RF加載波形的頻率電壓，電壓的增大，會(huì)使波形幅值增大一點(diǎn)，隨著外加頻率的變大，調(diào)制器調(diào)制波形的頻率也隨著越來(lái)越快，且不失真，可以很方便的對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制，具有很好可靠性。

四、Ixblue 2um鈮酸鋰電光調(diào)制器產(chǎn)品信息

• 低驅(qū)動(dòng)電壓

• 背向光反射

• 獨(dú)立偏置電極

• 零啁啾

• 優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性

Ixblue 2um鈮酸鋰電光調(diào)制器參數(shù)：

產(chǎn)品應(yīng)用：

• 脈沖產(chǎn)生

• 光纖傳感系統(tǒng)

• 模擬傳輸

• 激光雷達(dá)