光調製

光調製過程本質上就是對極化方向上的單位矢量、振幅、載波頻率和相位中的一種或多種參量進行調製。研究的主要調製方式有偏振位移調製鍵控（PoLSK）、幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。光調製技術已廣泛應用於光通信、測距、光學信息處理、光存儲和顯示等方面。 ^[1] 

光調製的方法主要分為直接調製、腔內調製和腔外調制三種。

外加信號直接控制激光器的泵浦源（如控制半導體激光器的注入電流），從而使激光的某些參量得到調製。

腔內調製是通過改變激光器的參數（如增益、諧振腔Q值或光程等）而實現的，主要用於Q開關、腔測空、鎖模等技術。腔內調製又分為被動式與主動式兩類。

1.被動調製：此類調製利用某些吸收波長與激光波長一致的可飽和吸收體(如染料)的非線性吸收特性，把一個染料盒置於激光腔內可以構成一個被動式Q開關,開關時間一般為10～10秒。這種方法比較簡單、經濟，但開關時間不能精確控制。此外，染料的壽命較短。採用恢復吸收率的馳豫時間短的染料溶液可以實現激光器的鎖模工作，獲得10～10秒的超短脈衝。

2.主動調製：包括機械調製、電光調製、聲光調製和磁光調製等。

（1）機械調製：利用放在腔內的高速旋轉體，如反射鏡或全反射稜鏡來控制光學諧振腔的Q值變化，可以實現Q調製。這種調製方法簡單，插入損耗低，有較高的抗破壞能力，但開關速度低（～0.1微秒）,需要使用高速馬達。在腔外用高速旋轉的開縫轉盤很容易製成光斬波器，實現光強的低頻調製。

（2）光電調製：利用某些晶體、液體或氣體在外加電場作用下折射率發生變化的現象進行調製。電光調製分為線性電光調製和平方電光調製兩種。

（3）聲光調製：利用光在聲場中的衍射現象進行調製。當聲波傳入到介質中時，介質中存在着疏密波，介質的折射率也相應地發生週期性的變化，形成以聲波波長值為常數的等效相位光柵。當光束以一定的角度入射到此介質中時，光束即發生衍射。衍射光的強度、頻率和方向都隨聲場的變化而變化。這樣，就可以實現光束的調製和偏轉。聲光衍射可分為喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射兩種。後者衍射效率高,常被採用。聲光調製器通常由電聲換能器、聲光介質和吸聲裝置組成。聲光調製具有驅動功率低、光損耗小、消光比高等優點。

（4）磁光調製：線偏振光通過具有法拉第效應的介質時在磁場作用下，其偏振面發生旋轉。利用這種效應也可進行光調製。磁光調製所用材料有釔鐵石榴石、摻鎵釔鐵石榴石和重火石玻璃等。由於材料透明波段的限制，磁光調製主要用於紅外波段。

只改變腔外光波參數而不影響激光振盪本身的一種調製方法，主要用於光偏轉、掃描、隔離、調相、調幅和斬波等方面。腔外調制一般都採用主動方式。

當前新型光調製格式可以按照其信息承載的對象分為三類：（1）基於強度調製原理的OOK系列，（2）基於相位調製原理的PSK系列，（3）基於偏振調製原理的PoLSK系列。此外，雖然也提出了光信號的頻率調製技術，但由於光信號的頻率極高，此調製方式僅限於短距離傳輸試驗中。 ^[2] 

此類光調製格式是通過調製器，將傳輸的信息調製在光信號的幅度A上，在接收端通過檢測幅度A的變化解調出所傳輸的信息。二進制非歸零開關鍵控調製（Non Return to Zero，簡稱NRZ）即屬於這一類型，但由於NRZ本身固有的缺陷，使其不適合超長WDM傳輸系統。因此研究人員通過改變NRZ的調製波形、功率譜、啁啾或相位等方式，來提高調製信號的性能，使其適合超長WDM傳輸。

此類光調製格式是通過調製器，將傳輸的信息調製在光信號的相位上，主要可分為兩大類：一是接收是需要本地相干光源的相干PSK解調，另一類是接收時不需要相干光源的差分PSK調製。相干PSK調製格式在20世紀末被人們認為是一種很有潛力的調製格式，但由於技術和工藝限制，以及摻餌光纖放大器（EDFA）等光放大器的出現，相干PSK調製已經逐步退出了人們的視野。

此類光調製格式由於技術過於新穎，在國際上還沒有太多的研究，它是通過調製器，將傳輸的信息調製在光信號的偏振態上。所提出的基於偏振調製的新型光調製格式主要有雙二進制偏振位移鍵控調製格式和比特間插偏振調製格式兩類。