折叠式高频LiNbO_2c3_电光调制器设计和研究.pdf

它方面的高功率应用。而该公司生产的TWAMFFWAPl0和TWAM／TWAP11型电光调制 距离激光通信。这个调制器可以在较小的光功率和短波段使用。这个调制器集经济、低 驱动功率、处理大量信息密度能力等许多特点于一身110lf161。 TECHNOLOGY 美国QUANTUM INC公司能够设计出有独特特点的高功率高速率 1000MHz的空白1161-[191。 以上详细介绍的两种调制器能代表世界水平的高功率高速率电光调制器。以上两种 调制器在综合参数方面已经走在了世界的前列。 1．2．2国内发展动态 应该说在高功率高速率电光调制里这一领域里，我国与世界水平还有一定的差距。 1994～2005年度的国内各大期刊，关于高速率电光调制器的文章很多，但这些文章谈到 的电光调制器多是用于光纤通信的，还有一部分是用教学的，输出功率都很低。上海光 机所曾经成功的研制了一台通光孔径为2ram的IjTa03射频电光调制器，这台电光调制 器可能是我国功率最高的一台高速率电光调制器，其调制频率为95MI-Iz。这台调制器可 以获得十个边频分量，工作谱宽为450nm～4500nm，晶体长度为-I．．=4cm，调制带宽 320MHzl20l。 综上所述，我国的高功率高速率电光调制技术还没有达到应用于光通信的水平，还 有许多的工作需要做。 §1．3本论文主要研究内容和目的 1．3．1论文研究的主要内容 本文以折叠式高频LiNb03电光调制器为研究对象，主要研究内容有以下几个方面： (1)LiNb03电光调制器的理论研究； ‘ (2)折叠式高频LiNb03电光调制器总体设计； (3)对静态工作点进行实时控制的研究； (4)电光晶体的最优化设计： (5)激光光束整形技术研究： (6)折叠式高频电光调制器结构设计； (7)折叠式高频LiNb03电光调制器的实验测试。 2 1．3．2研究目的及意义 本论文是以晶体的电光效应为物理基础，研制输出光功率高、调制速率快I№的电光 调制器，合理装配调制驱动器和光学系统，使整个电光调制系统性能达到最佳，满足自由光通 信对调制技术的需求。目前国内还没有研制出高功率高速率电光调制器，更谈不上产品生产。 这使我国光通信技术应用发展受至Ⅱ阻碍。国外的产品不仅进口困难，而且价格昂贵。为了独立 发展我国光通信的应用技术，研制高功率高速率电光调制器是非常必要的。 3 第二章LiNb03电光调制器的理论研究 §2．1 LiNb03电光调制器的物理基础 电光调制技术是利用某些晶体材料在外加电场的作用下所产生的电光效应对激光 参数进行调制的技术，电光调制器是以电光晶体的电光效应为物理基础的。所谓的电光 效应是指电光晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波经过此介质时， 其传输特性就会受到影响而改变，这种现象就叫做电光效应。 主要有两种方式；一种是加在晶体上的电场方向与通光方向平行，称纵向电光效应； 另一种是通光方向与所加电场方向相垂直，称横向电光效应。 纵向电光调制器的半波电压典型值将达到几千伏甚至上万伏，横向电光调制器的半 波电压在几百伏左右。由于横向调制器的半波电压明显低于纵向调制器的半波电压，所 以课题拟设计横向电光调制器。 2．1．1 IjNb03电光效应【21】 LiNb03晶体在外加电场作用下的折射率可用施加电场E的幂级数表示。即： n_no+rE+qE2+…… (2．1) 式(2，1)中r ，7为常量，‰为未加的电场时的折射率。yE为线性电光效应或泡 克耳斯效应；二次项幅2为二次电光效应或克尔效应。当通光方向与加压方向相互垂直 时所发生的电光效应叫做横向电光效应。本论文要设计的LiNb03电光调制器是以 LiNb03横向电光效应为理论基础而制成的。 在这里考虑到本论文的实际需要，只讨论LiNt)03晶体在x轴方向加电场、z轴为通 光方向时的横向线性电光效应。