電光調制器的原理及類型

電光調制器（EOM）作為光纖鏈路里必不可少的器件，其性能的優劣嚴重影響著系統信號的發射和接收。

電光調制器是通過電子控制信號來控制激光光束的功率、相位和偏振。它通常包含一個或兩個普克爾斯盒，有時可能還包含一些其它的光學元件，例如偏振器。下圖給出了不同類型的普克爾斯盒。其工作原理是線性電光效應（也稱為普克爾斯效應），即電場引起非線性晶體中的折射率變化與場的強度成正比。

能夠引起相位變化為π的電壓稱為半波電壓（Vπ）。對于一個普克爾斯盒，它的值通常為幾百甚至幾千伏，因此需要一個很高電壓的放大器。

采用一個合適的電子回路可以在幾納秒內開關如此大的電壓，因此EOMs可以用作快速的光開關。在其它情況下，只需較小的電壓進行調制就足夠了，例如，只需要很小的振幅或者相位調制。

電光調制器的類型：

相位調制器

最簡單的電光調制器為只包含一個普克爾斯盒的相位調制器，其中電場（通過電極施加到晶體上）改變激光光束進入晶體后的相位延遲。入射光束的偏振狀態通常需要與晶體的一個光軸平行，這樣光束的偏振態不會發生變化。

有些情況下只需要很小的相位調制（周期性的或者非周期性的）。例如，通常采用EOM來控制和穩定光學諧振腔的諧振頻率。共振調制器通常用在需要周期性調制的情形，這時只需中等強度的驅動電壓就能得到很大的調制深度。有時調制深度很大，光譜中會產生很多旁瓣（光梳產生器，光梳）。

偏振調制器

根據非線性晶體的類型和指向不同，以及實際電場方向的不同，相位延遲也與偏振方向有關。因此普克爾斯盒可以看多電壓控制的波片，它還可以用來調制偏振態。對于線偏振的輸入光（通常與晶體軸有45°的夾角），輸出光束的偏振態通常為橢偏振，而不是簡單的由原來的線偏振光旋轉了一定的角度。

振幅調制器

如果與其它光學元件結合起來，尤其是與偏振器結合后，普克爾斯盒可以用作其它種類的調制。下圖中的振幅調制器是利用普克爾斯盒改變偏振態，然后采用偏振器將偏振態的改變轉化成透射光振幅和功率的變化。

光開關也是一種調制器，其中透射為開或者關的狀態，而不是逐漸變化的。這種光開關可以用作脈沖拾取器，從一列超短脈沖中選擇一定的脈沖，或者在傾腔激光器和正反饋放大器中。

熱補償裝置

如果需要在兩偏振方向之間引入相對相位變化，那么熱學影響就會對結果產生影響。因此，電光調制器通常包含兩個匹配的普克爾斯盒，這樣其相對相移隨溫度的變化可以相互抵消。也有的結構中包含四塊晶體，具有嚴格相同的長度，抵消了雙折射效應和空間游走。還有很多種類型的多晶體設計，取決于采用的材料和實際需要。

行波調制器

在很高調制帶寬的情況下，例如，在GHz范圍內，通常采用集成光學行波調制器。這里，電子驅動信號產生電磁波（微波）在與光束方向相同的電極間傳播。理想情況下，兩波的相速度是匹配的，因此即使頻率非常高且電極長度對應幾個微波波長的情況下，也可以得到足夠的調制。