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定義：該裝置可以操控光束的性質(zhì)，例如光功率或者相位。
光調(diào)制器通常用來操控光束的性質(zhì)，例如激光光束。調(diào)制器根據(jù)所調(diào)制光束的性質(zhì)被稱為強(qiáng)度調(diào)制器，相位調(diào)制器，偏振調(diào)制器，空間光調(diào)制器等。不同類型的調(diào)制器可以應(yīng)用到不同的應(yīng)用領(lǐng)域，例如光纖通信領(lǐng)域，顯示設(shè)備中，調(diào)Q或者鎖模激光器，以及光學(xué)測(cè)量中。
存在幾種不同的調(diào)制器類型：
聲光調(diào)制器是基于聲光效應(yīng)的調(diào)制器。它們被用于切換或者持續(xù)調(diào)整激光光束的振幅，改變光頻率，或者改變空間方向。
電光調(diào)制器利用的是泡克爾斯盒中的電光效應(yīng)。它們可以調(diào)制偏振狀態(tài)，相位或者光束功率，或者用于超短脈沖放大器一節(jié)中提到的脈沖提取。
電吸收調(diào)制器是一種強(qiáng)度調(diào)制器，用于光纖通信中的數(shù)據(jù)發(fā)射器上。
干涉調(diào)制器，例如馬赫-曾德爾調(diào)制器，通常在光數(shù)據(jù)傳輸中的光子集成電路中采用。
光纖調(diào)制器可以基于多種原理。可以是真正的光纖器件，或者也可以是包含光纖尾纖的體元件。
液晶調(diào)制器適宜于應(yīng)用到光學(xué)顯示設(shè)備或者脈沖整形器中。它們也可以當(dāng)做空間光調(diào)制器來使用，也就是說傳輸隨空間變化，這可以用到顯示設(shè)備中。
調(diào)制盤可以周期性的改變光束的功率，這在一些特定的光學(xué)測(cè)量中（例如采用鎖定放大器）會(huì)用到。
微機(jī)械調(diào)制器（微機(jī)械系統(tǒng)，MEMS），例如硅基光閥和二維反射鏡陣列尤其在投影顯示中非常重要。
體光學(xué)調(diào)制器，例如電光調(diào)制器，可以采用很大的光束面積也可以應(yīng)用于大功率的情況。而光纖耦合的調(diào)制器，通常是具有光纖尾纖的波導(dǎo)調(diào)制器，則易于集成到光纖系統(tǒng)中。
聲光調(diào)制器
縮寫：AOM 定義：利用聲光效應(yīng)的光學(xué)調(diào)制器。
聲光調(diào)制器是利用電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以用來控制激光光束的功率，頻率或者其空間方向的器件。它利用聲光效應(yīng)，即通過聲波機(jī)械振蕩壓力改變折射率。
AOM的關(guān)鍵元件是一塊透明晶體（或一塊玻璃），光在其中傳播。與晶體接觸的壓電轉(zhuǎn)換器用來激發(fā)聲波，聲波的頻率在100 MHz量級(jí)。光在周期性折射率光柵中傳播受到布拉格衍射產(chǎn)生聲波，因此AOMs有時(shí)也稱為布拉格盒。
散射光的頻率增加或者減小，增加或減小的值等于聲波頻率（與聲波相對(duì)于光束的傳播方向有關(guān)），并且散射光的方向稍有變化。（方向的變化很小，如圖1，因?yàn)槁暡ǖ牟〝?shù)與光播相比非常小。）散射光的頻率和方向可以通過控制聲波的頻率進(jìn)行控制，然而聲波功率則受制于光功率。當(dāng)聲波功率足夠高時(shí)，大于50%的光功率被衍射，極限情況下大于95%的光波被衍射。
聲波可能在晶體另一端被吸收。這種行波結(jié)構(gòu)使其可以達(dá)到很寬的調(diào)制帶寬。其他裝置是與聲波共振的，利用晶體另一端對(duì)聲波的強(qiáng)反射。共振效應(yīng)可以顯著提高調(diào)制深度（或者降低需要的聲波功率），但是會(huì)減小調(diào)制帶寬。
聲光調(diào)制器常見的材料為二氧化碲（TeO2），石英晶體和熔融二氧化硅。在材料選擇方面有很多標(biāo)準(zhǔn)，包括電光系數(shù)，透明范圍，光損傷閾值和需要的尺寸。也可以采用不同的聲波，常用的是縱波（壓縮）。這樣可以得到max的衍射效率，而衍射效率也與光束的偏振有關(guān)。當(dāng)采用聲剪切波（聲學(xué)振動(dòng)方向與激光光束相同）時(shí)，與偏振方向無關(guān)，但是這會(huì)降低衍射效率。
還有在一塊芯片上包含多個(gè)聲光調(diào)制器的集成光學(xué)器件。可以在鈮酸鋰（LiNbO3）上集成光學(xué)器件，由于它是壓電的，因此芯片表面的金屬電極可以產(chǎn)生表面聲波。這種裝置有很多用途，例如，用做可調(diào)諧光學(xué)濾波器或者光學(xué)開關(guān)。
應(yīng)用
聲光調(diào)制器具有很多應(yīng)用：
它可以用做固態(tài)激光器中的Q開關(guān)。AOM也稱為Q開關(guān)，在脈沖產(chǎn)生之前用來關(guān)閉激光諧振腔。大多數(shù)情況下，只有零階光束滿足激光條件，并且當(dāng)不需要激光時(shí)可以將AOM打開。這時(shí)需要衍射損耗（每次往返諧振腔產(chǎn)生的損耗）大于激光器增益。對(duì)于高增益激光器（例如，光纖激光器），通常是一階衍射光束滿足激光條件，因此當(dāng)AOM關(guān)閉后，會(huì)產(chǎn)生非常大的諧振腔損耗。但是，激光態(tài)的損耗也相當(dāng)高。
AOM也可以用做固態(tài)激光器的傾斜腔，產(chǎn)生納秒或超短脈沖。后者情況下，AOM的速度只有當(dāng)諧振腔比較長時(shí)才滿足要求，或者需要采用電光調(diào)制器。
采用AOM調(diào)整諧振腔中往返光的諧振波損耗可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)鎖模。
AOM可以用做脈沖拾取器來降低脈沖列的脈沖重復(fù)速率，為了將脈沖進(jìn)行后續(xù)的放大過程得到很高的脈沖能量。
在激光打印機(jī)和其它裝置中，AOM可以用來調(diào)制激光光束的功率。調(diào)制可以為連續(xù)的或者數(shù)字的（開/關(guān)）。
AOM會(huì)使激光光束頻率產(chǎn)生偏移，例如用在各種測(cè)量器件中，或者用在利用通過頻移光學(xué)反饋實(shí)現(xiàn)鎖模的激光器中。
有些情況下需要利用衍射角與聲學(xué)頻率有關(guān)的效應(yīng)。尤其是，可以掃描出射光束的方向（至少掃描小范圍的）來改變調(diào)制頻率。
聲光調(diào)制器的重要性質(zhì)
實(shí)際應(yīng)用中挑選聲光調(diào)制器時(shí)可以從以下方面考慮：
材料需要在需要的頻率范圍內(nèi)具有很高的透明度，并且需要使寄生反射min化，例如，采用抗反射涂層。
很多情況下，需要很高的衍射效率。例如，將AOM用做高增益激光器的Q開關(guān)時(shí)很重要，而在傾斜腔中更加重要。
需要的微波功率同時(shí)會(huì)影響需要的電功率和冷卻裝置。
開關(guān)時(shí)間。
用做移頻器時(shí)，裝置需要工作在很大的微波頻率范圍內(nèi)。
很高的光峰值功率情況下需要采用合適的材料和大的開放孔徑，可以得到較高的損傷閾值。
由于需要權(quán)衡很多參數(shù)，不同應(yīng)用情況下需要采用不同的材料和工作參數(shù)。例如，具有高的衍射效率的材料并不能得到高的光損傷閾值。
大的模式面積可以提高控制功率能力，但是需要采用更大的晶體或者玻璃片還需要更高的驅(qū)動(dòng)功率，同時(shí)還會(huì)提高開關(guān)時(shí)間，開關(guān)時(shí)間受制于聲學(xué)躍遷時(shí)間。對(duì)于快速的聲光掃描儀，需要大的模式面積實(shí)現(xiàn)高的像素分辨率，但是高的掃描速度又需要較小的模式面積。
電光調(diào)制器
縮寫：EOM 定義：基于電光效應(yīng)的光調(diào)制器
電光調(diào)制器（EOM）是通過電子控制信號(hào)來控制激光光束的功率、相位和偏振。它通常包含一個(gè)或兩個(gè)普克爾斯盒，有時(shí)可能還包含一些其它的光學(xué)元件，例如偏振器。圖1給出了不同類型的普克爾斯盒，更多細(xì)節(jié)描述可參閱詞條普克爾斯盒。其工作原理是線性電光效應(yīng)（也稱為普克爾斯效應(yīng)），即電場引起非線性晶體中的折射率變化與場的強(qiáng)度成正比。
EOMs常用的非線性晶體材料為磷酸二氘鉀（DKDP），磷酸氧鈦鉀（KTP），β-硼酸鋇（BBO）（后者適用于更高平均功率和更高開關(guān)頻率時(shí)），還有鈮酸鋰（LiNbO3），鈦酸鋰（LiTaO3）和磷酸二氫銨（NH4H2PO4, ADP）。除了以上這些無機(jī)電光材料外，還有一些特殊的聚合物可以用在調(diào)制器中。
圖1：幾種不同類型的普克爾斯盒。
能夠引起相位變化為π的電壓稱為半波電壓（Vπ）。對(duì)于一個(gè)普克爾斯盒，它的值通常為幾百甚至幾千伏，因此需要一個(gè)很高電壓的放大器。
采用一個(gè)合適的電子回路可以在幾納秒內(nèi)開關(guān)如此大的電壓，因此EOMs可以用作快速的光開關(guān)。在其它情況下，只需較小的電壓進(jìn)行調(diào)制就足夠了，例如，只需要很小的振幅或者相位調(diào)制。
電光調(diào)制器的類型
— 相位調(diào)制器
簡單的電光調(diào)制器為只包含一個(gè)普克爾斯盒的相位調(diào)制器，其中電場（通過電極施加到晶體上）改變激光光束進(jìn)入晶體后的相位延遲。入射光束的偏振狀態(tài)通常需要與晶體的一個(gè)光軸平行，這樣光束的偏振態(tài)不會(huì)發(fā)生變化。
有些情況下只需要很小的相位調(diào)制（周期性的或者非周期性的）。例如，通常采用EOM來控制和穩(wěn)定光學(xué)諧振腔的諧振頻率。共振調(diào)制器通常用在需要周期性調(diào)制的情形，這時(shí)只需中等強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)電壓就能得到很大的調(diào)制深度。有時(shí)調(diào)制深度很大，光譜中會(huì)產(chǎn)生很多旁瓣（光梳產(chǎn)生器，光梳）。
— 偏振調(diào)制器
根據(jù)非線性晶體的類型和指向不同，以及實(shí)際電場方向的不同，相位延遲也與偏振方向有關(guān)。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(diào)制偏振態(tài)。對(duì)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(tài)通常為橢偏振，而不是簡單的由原來的線偏振光旋轉(zhuǎn)了一定的角度。
— 振幅調(diào)制器
如果與其它光學(xué)元件結(jié)合起來，尤其是與偏振器結(jié)合后，普克爾斯盒可以用作其它種類的調(diào)制。圖2中的振幅調(diào)制器是利用普克爾斯盒改變偏振態(tài)，然后采用偏振器將偏振態(tài)的改變轉(zhuǎn)化成透射光振幅和功率的變化。
圖2：電光振幅調(diào)制器，在兩偏振器之間包含一個(gè)普克爾斯盒。
另一個(gè)技術(shù)方案是在馬赫曾德爾干涉儀的一個(gè)臂上使用電光相位調(diào)制器來得到振幅調(diào)制。該原理通常應(yīng)用在集成光學(xué)（光子集成回路）中，相比于體光學(xué)元件，這種方案更容易實(shí)現(xiàn)相位穩(wěn)定。
光開關(guān)也是一種調(diào)制器，其中透射為開或者關(guān)的狀態(tài)，而不是逐漸變化的。這種光開關(guān)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(bǔ)償裝置
如果需要在兩偏振方向之間引入相對(duì)相位變化，那么熱學(xué)影響就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，電光調(diào)制器通常包含兩個(gè)匹配的普克爾斯盒，這樣其相對(duì)相移隨溫度的變化可以相互抵消。也有的結(jié)構(gòu)中包含四塊晶體，具有嚴(yán)格相同的長度，抵消了雙折射效應(yīng)和空間游走。還有很多種類型的多晶體設(shè)計(jì)，取決于采用的材料和實(shí)際需要。
— 共振裝置與寬帶裝置的對(duì)比
有時(shí)需要在某一特定頻率下得到純的正弦調(diào)制。在該情況下，通常需要采用電子共振的（而不是機(jī)械共振的）電光調(diào)制器，包含一個(gè)共振LC回路。該裝置的入射電壓可能比普克爾斯盒電極間的電壓小很多。如果要二者電壓比值很大，需要LC回路具有高的品質(zhì)因子（Q因子）并且降低帶寬從而可以實(shí)現(xiàn)共振增強(qiáng)。但是采用共振裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是缺乏靈活性，要改變共振頻率，至少需要改變一個(gè)電學(xué)元件。
寬帶調(diào)制器通常優(yōu)化到可以工作在很寬的頻率范圍內(nèi)，通常從0頻率開始。高的調(diào)制帶寬需要普克爾斯盒具有較小的電容，并且避免共振情況。
— 行波調(diào)制器
在很高調(diào)制帶寬的情況下，例如，在GHz范圍內(nèi)，通常采用集成光學(xué)行波調(diào)制器。這里，電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)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(duì)應(yīng)幾個(gè)微波波長的情況下，也可以得到足夠的調(diào)制。
重要性質(zhì)
在購買電光調(diào)制器之前需要考慮許多性質(zhì)：
裝置需要具有足夠大的孔徑，尤其是在峰值功率很高時(shí)。在整個(gè)孔徑中統(tǒng)一進(jìn)行開關(guān)和調(diào)制需要很高的晶體質(zhì)量和合適的電極幾何結(jié)構(gòu)。提高孔徑尺寸會(huì)很大的提高器件成本。
用于超短脈沖開關(guān)時(shí)，克爾非線性效應(yīng)和色散是相關(guān)的效應(yīng)，它們與晶體材料及其長度有關(guān)，還與光束半徑有關(guān)。（這類效應(yīng)通常無法消除，因此需要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮在內(nèi)，例如，在設(shè)計(jì)正反饋放大器時(shí)。）
根據(jù)器件的設(shè)計(jì)，輸出光束可能保持入射光束的偏振態(tài)也有可能不保持。
相位調(diào)制器可能會(huì)產(chǎn)生不需要的振幅調(diào)制，反之亦然。這與設(shè)計(jì)密切相關(guān)。
由于電光材料通常是壓電的，施加的電壓會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，它就會(huì)通過電光效應(yīng)從而影響折射率。在某一機(jī)械共振頻率附近，調(diào)制器的響應(yīng)可能會(huì)受到很大的影響。這尤其在寬帶調(diào)制器中會(huì)是一個(gè)問題。應(yīng)用到開關(guān)中時(shí)，可能會(huì)存在不需要的激振效應(yīng)。該效應(yīng)與晶體材料、維度、指向和機(jī)械設(shè)計(jì)密切相關(guān)。
很高的平均功率和開關(guān)頻率都會(huì)引起熱學(xué)相關(guān)的問題。熱學(xué)處理以及功率和頻率范圍與各種制作細(xì)節(jié)有關(guān)。
晶體需要具有很高質(zhì)量的抗反射涂層，工作在特定的波長區(qū)域，并且材料具有很好的透明度從而使插入損耗min化。
反射的光束可能在調(diào)制器裝置中被吸收或者出射到一個(gè)比較合適的位置和方向（尤其對(duì)于高功率裝置來說）。
開關(guān)速度與調(diào)制器和電子驅(qū)動(dòng)裝置都有關(guān)系。
電光調(diào)制器可以直接購買光纖耦合形式的，它具有不同種類的連接器和光纖（例如，單模或者多模）。
需要注意，合適的機(jī)械支架也是需要的，通常需要采用一些方法將調(diào)制器準(zhǔn)確調(diào)整到不同的方向上。
電子驅(qū)動(dòng)
電子驅(qū)動(dòng)如果能夠同時(shí)與EOM匹配同時(shí)又能適用于特定應(yīng)用中是非常重要的。例如，不同種類的EOMs需要使用不同的驅(qū)動(dòng)電壓，并且驅(qū)動(dòng)器需要根據(jù)EOM給定的電容來進(jìn)行設(shè)計(jì)。有些驅(qū)動(dòng)器只適用于正弦調(diào)試，然而寬帶裝置工作在很大的調(diào)制頻率范圍內(nèi)。如果從同一個(gè)供貨商購買電光調(diào)制器和電子驅(qū)動(dòng)器就能避免很多問題，因?yàn)榭傮w的響應(yīng)度在同一個(gè)水平。
應(yīng)用
電光調(diào)制器的一些典型應(yīng)用包括：
調(diào)制激光光束的功率，例如，用于激光打印，高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)記錄，或者高速光通信
用在激光頻率穩(wěn)定機(jī)制中，例如，利用Pound-Drever-Hall方法
固態(tài)激光器中的Q開關(guān)（其中EOM是在脈沖輻射之前用來關(guān)閉激光諧振腔）
主動(dòng)鎖模（EOM調(diào)制諧振腔損耗或者往返光的相位等）
在脈沖拾取器、正反饋放大器和傾腔激光器中開關(guān)脈沖
電吸收調(diào)制器
定義：基于Franz-Keldysh效應(yīng)的光學(xué)調(diào)制器
電吸收調(diào)制器是一種半導(dǎo)體器件，它通過施加電壓來控制（調(diào)制）激光光束的強(qiáng)度（參閱光調(diào)制器）。它的工作原理為Franz-Keldysh效應(yīng)，即施加的電場引起吸收光譜的改變，然后改變帶隙能量（吸收邊的光子能量），但是通常不涉及到電場激發(fā)的載流子。
大多數(shù)電吸收調(diào)制器都制作成波導(dǎo)形式，施加電場的電極方向垂直于調(diào)制的光束。為了得到高的消光比，通常采用量子阱結(jié)構(gòu)中的量子限制斯塔克效應(yīng)。
與電光調(diào)制器相比，電吸收調(diào)制器工作在更低的工作電壓下（幾伏而不是幾千伏）。它工作在很高的速度下，調(diào)制帶寬可達(dá)幾十GHz，因此它在光纖通信中非常重要。
電吸收調(diào)制器一種很重要的特性是它可以與分布反饋激光二極管同時(shí)集成到一個(gè)芯片上以光子集成回路的形式得到一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)射器。與直接調(diào)制激光二極管相比，這樣可以得到更大的帶寬，并且芯片尺寸更小。
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