1、光電子技術(shù)（12）,加電場(chǎng)下，折射率橢球各系數(shù)的變化量為：,在主軸坐標(biāo)系中，,外加電場(chǎng)下折射率橢球方程為:,四、縱向和橫向電光調(diào)制,縱向電光調(diào)制指電場(chǎng)方向與光波矢量平行，而橫向電光調(diào)制指電場(chǎng) 方向與光波矢量垂直。,光電子技術(shù)（12）,（一）、外加電場(chǎng)沿Z方向，即Ez0，Ex=Ey=0,折射率橢球方程簡(jiǎn)化為：,繞Z軸旋轉(zhuǎn)XY坐標(biāo)45度，消去xy交叉項(xiàng)得正橢球方程：,光電子技術(shù)（12）,1、Z向縱向應(yīng)用,如圖所示，電場(chǎng)和光波矢均沿Z軸方向，通過電光晶體后產(chǎn)生沿x 和y偏振的兩個(gè)正交分量，它們的位相差為：,光電子技術(shù)（12）,式中l(wèi)z為晶體的Z向長(zhǎng)度，Vz=Ezlz為Z向電壓。,半波電壓定義為=時(shí)所

2、施加的電壓，所以KDP晶體沿光軸縱向應(yīng) 用的半波電壓位：,四分之一波長(zhǎng)電壓定義為=/2時(shí)所施加的電壓，所以KDP晶體沿 光軸縱向應(yīng)用的四分之一波長(zhǎng)電壓為：,2、橫向運(yùn)用,如圖所示，光沿x方向通過，產(chǎn)生y和z方向的兩個(gè)偏振分量，它們 的位相差為：,(對(duì)KDP,幾千伏高壓),光電子技術(shù)（12）,式中l(wèi)x為沿x軸方向的晶體厚度。,上式表明KDP晶體橫向應(yīng)用存在自然雙折射引起的位相差0。對(duì)溫 度穩(wěn)定性要求提高，但由于縱橫比幾何因子lx/lz的出現(xiàn)，可以利用大 的幾何因子來(lái)降低半波電壓。這又是橫向電光調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。,同理，光波沿y通過也存在自然雙折射引起的位相差。,（二）、外加電場(chǎng)沿Y方向,Ex=Ez=0

3、，折射率橢球方程為：,光電子技術(shù)（12）,上式中存在XZ交叉項(xiàng)，需要繞Y軸旋轉(zhuǎn)XZ坐標(biāo)角， 滿足下式：,坐標(biāo)變換：,代上式入橢球方程化簡(jiǎn)得：,光電子技術(shù)（12）,1、縱向應(yīng)用,由于41在 10-12m/V量級(jí)，所以， ，故沿x和z偏振 的兩分量的電光延遲隨電場(chǎng)變化很小，不能縱向應(yīng)用。,2、橫向應(yīng)用,與縱向應(yīng)用相似，沿x或z軸通光，兩個(gè)偏振分量之間的電光延遲 量很微弱，半波電壓非常高，沒有使用價(jià)值。,光電子技術(shù)（12）,（三）、外加電場(chǎng)沿X方向,Ey=Ez=0，橢球方程為：,情況與沿Y方向加電場(chǎng)一樣，電光效應(yīng)太弱，沒有使用價(jià)值。,結(jié)論：KDP晶體僅沿光軸方向施加電場(chǎng)時(shí)有顯著的電光效應(yīng)，縱向 應(yīng)用

4、無(wú)自然雙折射引起的相位延遲，而橫向應(yīng)用有自然雙折射引起 的相位延遲。,五、電光調(diào)制應(yīng)用,（一）、強(qiáng)度調(diào)制,電光強(qiáng)度調(diào)制器結(jié)構(gòu)如圖62。設(shè)通過起偏器P1后的偏振光振幅為Ex,光電子技術(shù)（12）,進(jìn)入電光晶體后，分解為Ex和Ey兩個(gè)分量：,設(shè)通過電光晶體后，Ex和Ey兩分量的相對(duì)相位延遲量為，則兩分量的復(fù)振幅為：,通過檢偏振器P2后的復(fù)振幅為：,光電子技術(shù)（12）,透過檢偏振器P2后的光強(qiáng)為：,討論：（1）小信號(hào)非線性調(diào)制，Iy2。,（2）直流偏置線性化。加直流V/4電壓設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)在半 高點(diǎn)，即,則，,光電子技術(shù)（12）,（3）加四分之一波片線性化。在調(diào)制器前或后面加四分之一波片， 使四分之一

5、波片的快、慢軸分別與x、y軸平行，同樣有：,（二）、相位調(diào)制,如果只調(diào)制光的位相，而保持強(qiáng)度不變，則實(shí)現(xiàn)位相調(diào)制。如圖63 所示，設(shè)置起偏振方向與調(diào)制器容許的偏振方向一致。透射光的相 位調(diào)制正比于沿y方向偏振的光的折射率變化：,對(duì)縱向調(diào)制KDP晶體，ny=n0363Ez/2，所以，光波的初相位調(diào)制量：,光電子技術(shù)（12）,六、電光高頻調(diào)制,（一）、電光晶體的等效電路,電光晶體等效為電容C與電阻R的并聯(lián)，如圖64，它的阻抗為：,當(dāng)調(diào)制頻率m足夠高時(shí)，Zc=1/ mCRs，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻。此時(shí) 信號(hào)功率消耗在內(nèi)阻上，不能有效加載到調(diào)制晶體上，為此，高頻 調(diào)制時(shí)需要給晶體并聯(lián)一電感L，L值大小由下

6、式確定：,此時(shí)，總阻抗為RRs，所以調(diào)制功率能有效加載到晶體上。然而，,光電子技術(shù)（12）,此時(shí)調(diào)制器的最大有效信號(hào)帶寬為：,（二）、電光調(diào)制的渡越時(shí)間,前面我們計(jì)算相位延遲量或相位調(diào)制量時(shí)，都是用折射率變化量 乘以調(diào)制器的同光方向的長(zhǎng)度。這實(shí)際上隱含了一個(gè)假設(shè)：光通 過調(diào)制器時(shí)，調(diào)制電壓不變化或光通過晶體所花費(fèi)的時(shí)間，即渡 越時(shí)間為零。這個(gè)假設(shè)僅在低頻調(diào)制時(shí)成立，即光通過調(diào)制器期 間調(diào)制信號(hào)變化很小，可以忽略，即低頻近似。然而，高頻調(diào)制 時(shí)，這個(gè)近似不成立，通過調(diào)制器的總相位變化應(yīng)該由積分給出：,光電子技術(shù)（12）,式中td=nl/c即為渡越時(shí)間，為單位電場(chǎng)作用下單位長(zhǎng)度調(diào)制器引起的相位變化

7、量。,設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦變化：,則相位調(diào)制量為:,光電子技術(shù)（12）,式中=Amcd/n= Aml為靜態(tài)最大相位調(diào)制。Sinc函數(shù)的分布如 圖65。表明隨調(diào)制頻率或渡越時(shí)間的增加，相位調(diào)制深度會(huì)減小， 即調(diào)制效果變差。,取:,則,上面的估計(jì)表明要使高頻相位調(diào)制的調(diào)制幅度衰減量小于靜態(tài)調(diào)制 幅度的10%，調(diào)制頻率m和渡越時(shí)間d的乘積應(yīng)小于/2。這是設(shè) 計(jì)高頻相位調(diào)制器的判據(jù)。在此判據(jù)下，調(diào)制器的最高工作頻率為：,（三）、高頻調(diào)制特性的改善行波調(diào)制器,行波調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖66，采用橫向調(diào)制。,復(fù)習(xí)要點(diǎn),1、線性電光效應(yīng)的計(jì)算，電光調(diào)制器設(shè)計(jì)，半波電壓、1/4波長(zhǎng) 電壓，縱、橫向電光調(diào)制？,3、電光強(qiáng)度、相位調(diào)制器？線性工作點(diǎn)的設(shè)置？,4、電光調(diào)制器的渡越時(shí)間和帶寬，高頻電光調(diào)制的阻抗匹配？,2、KDP晶體電光調(diào)制器如何應(yīng)用最有效？,作業(yè)十二,1、一束細(xì)光束掠入射于一單軸晶體，晶體的