光調製器

光調製器是高速、短距離光通信的關鍵器件，是最重要的集成光學器件之一。光調製器按照其調製原理來講，可分為電光、熱光、聲光、全光等，它們所依據的基本理論是各種不同形式的電光效應、聲光效應、磁光效應、Franz-Keldysh效應、量子阱Stark效應、載流子色散效應等。其中電光調製器是通過電壓或電場的變化最終調控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在損耗、功耗、速度、集成性等方面都優於其他類型的調製器。在整體光通信的光發射、傳輸、接收過程中,光調製器被用於控制光的強度,其作用是非常重要的。

光調製器、光源、光電探測器和光放大器是光有源器件的四種重要類型，其中光調製器是高速、長距離光通信的關鍵器件。光發射機的功能是把輸入電信號轉換成光信號，並用耦合技術把光信號最大限度地注入光纖線路，其中把電信號轉換為光信號的過程就是光調製。調製後的光波經過光纖道送到接收端，由光接收機鑑別出它的變化，再恢復原來的信息，這個過程就是光調解。

一般光纖通訊系統中的外調制器包括四類：①聲光(AO)調製器；②磁光調製器，即Farady調製器；③電光(EO)調製器④電吸收(EA)調製器。現代光纖系統中主要使用兩類調製器，一種是依賴於一定平面波導載光方式改變的電光調製器，另一種是內部結構類似於激光器的半導體二極管電吸收調製器，後者能在透過光和吸收光兩個狀態下切換。

按照調製機理可分為：①電光調製器是利用電光晶體（如鈮酸鋰）的折射率隨外加電場而變即電光效應實現光調製；②磁光調製器是利用光通過磁光晶體（如釔鐵石榴石）時，在磁場作用下其偏振面可發生旋轉實現光調製；③聲光調製器是利用材料（如鈮酸鋰）在聲波作用下產生應變而引起折射率變化即光彈效應實現光調製；④波導型光調製器是用集成光學技術在基片上製成薄膜光波導實現電光、磁光或聲光調製。

電光調製器(EOM)是利用某些電光晶體，如鈮酸鋰(LiNbO3)、砷化鎵(GaAs)和鉭酸鋰(LiTaO3)的電光效應而製成的。電光調製是基於線性電光效應(普爾克效應)即光波導的折射率正比於外加電場變化的效應。電光效應導致的相位調製器中光波導折射率的線性變化，使通過該波導的光波有了相位移動，從而實現相位調製。單純的相位調製不能調製光的強度。但由包含兩個相位調製器和兩個Y分支波導構成的馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀型調製器可以調製光的強度。

M-Z干涉儀式調製器結構如圖1所示。輸入光波經過一段光路後在一個Y分支處被分成相等的兩束，分別通過兩光波導傳輸，光波導是由電光材料製成的，其折射率隨外加電壓的大小而變化，從而使兩束光信號分別到達第2個Y分指出產生相位差。若兩束光的光程差是波長的整數倍，兩束光相干抵消，調製器輸出很小。因此通過控制電壓就能對光信號進行調製。

對於各種類型的高速調製器，主要應考慮高頻信號的頻率限制問題，為此可將高頻調製信號以行波形式輸入，以確保電光調製器中光波和調製電場具有相同的速度。目前高速長距離系統中，所用調製器大多數是以M-Z干涉儀為基礎的行波電極電光調製器。這種調製器具有如下優點：

(1) 採用行波電極，可獲得很高的工作速度；

(2) 以鈮酸鋰(LiNbO3)材料為襯底製作的M-Z調製器與DFB激光器(分佈式反饋激光器)組合，使調製信號的頻率啁啾非常小；

(3) 性能的波長依賴性很小。

對未來的光網絡來説，集成化是必然的發展趨勢，對器件的尺寸的要求越來越苛刻。有機聚合物是當今公認的最具挑戰意義的一種新型非線性光學材料，並且由於其自身的優點，正成為人們關注的焦點。使用聚合物電光材料製成的有機物電光調製器將在未來的光通信、光信息處理領域發揮越來越重要的作用。