自由空間激光通信系統(tǒng)以大氣為傳輸介質(zhì)來傳輸激光信號，只要保證激光發(fā)射，接收端之間無遮擋路徑以及足夠高的光發(fā)射功率，就可以用來通信。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)展前景和重要研究價(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)制信號在激光振蕩的過程中進(jìn)行，以調(diào)制信號的變化規(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)輸出激光通過它后就會調(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，相對會受到人們重視的。
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，電光調(diào)制器并沒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)動器對電光調(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)，就是對鈮酸鋰晶體施加電場時(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)對這種晶體施加電場時(shí)，外電場使晶體中的固有偶極矩的取向傾向于一致或某種優(yōu)勢取向，因此必然改變晶體的折射率，即外電場使晶體的光率體發(fā)生變化。
電光晶體位于起偏鏡和檢偏鏡之間，在未施加電場時(shí)，起偏鏡和檢偏鏡相互垂直，自然光通過起偏鏡后被檢偏鏡擋住不能通過。施加電場時(shí)，光率體變化，光便能通過檢偏鏡。通過檢偏鏡的光的強(qiáng)弱由施加于晶體上的電壓的大小來控制，即通過控制電壓來實(shí)現(xiàn)對光強(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)生微小的變化來產(chǎn)生相差，但由于波導(dǎo)調(diào)制器基本上只是對很小的包膜區(qū)施加外電場，將場限制在薄膜區(qū)附近，因此它需要的驅(qū)動功率不是很大，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一致，這樣不會出現(xiàn)非對角的張量變化，當(dāng)工作模式為單模傳輸，可以不考慮模式間的耦合問題。
常見的鈮酸鋰調(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，通過電信號產(chǎn)生的電場改變晶體的折射率，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)對光波的調(diào)制。這種結(jié)構(gòu)調(diào)制器對波長依賴性小，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)制器測試及其產(chǎn)品參數(shù)
鈮酸鋰電光調(diào)制器測試光路實(shí)物圖
我們使用一臺上海筱曉的可調(diào)諧的2004m中紅外DFB激光器，2um的鈮酸鋰電光調(diào)制器，索雷博的探測器，EOT5000F探測器，泰克的信號發(fā)生器和示波器以及連接跳線若干，進(jìn)行測試調(diào)制器對光調(diào)制功能：
1.我們搭建以上光路，測量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的探測器上，連接探測器到示波器上，再把鈮酸鋰調(diào)制器的RF端口連接到信號發(fā)生器上。
3.通過調(diào)節(jié)信號發(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越快，且不失真，可以很方便的對激光進(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)動電壓
背向光反射
獨(dú)立偏置電極
零啁啾
優(yōu)異的長期穩(wěn)定性
Ixblue 2um鈮酸鋰電光調(diào)制器參數(shù)：
| 參數(shù) | 條件 | 測量數(shù)據(jù) | |
| 插入損耗 | 與輸入連接 | dB | 4.4 |
| 直流消光比 | dB | >20 | |
| Vπ RF端口 | @50KHz | V | 8.8 |
| Vπ DC端口 | @100Hz | V | 9.4 |
| 回波損耗 S11 | 在0-10GHz之間 | dB | -13.0 |
| 帶寬 S21 | @-3dB, from 2GHz | GHz | >10 |
| 調(diào)制器最大范圍 | ||||
| 符號 | 單位 | 最小值 | 最大值 | |
| RF輸入功率 | Pin | dBm | - | 1 |
| 驅(qū)動供電電壓 | Vbias | V | 11.5 | 13 |
| 驅(qū)動供電電流 | Ibias | mA | 580 | |
| 輸出功率控制電壓 | Vamp | V | 0 | 2 |
| 輸出功率控制電流 | Iamp | mA | 0 | 5 |
| 功耗 | Pdiss | W | 8.1 | |
| 工作溫度 | Top | ℃ | 0 | +40 |
| 存儲溫度 | Tst | ℃ | -20 | +70 |
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)
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