铌酸锂电光调制器

铌酸锂电光调制器利用铌酸锂晶体的电光效应并结合光电子集成工艺制作而成，因其具有高响应速度，低插入损耗以及低半波电压倍广泛应用在光纤通信，微波光子，光纤传感等领域。今天我们介绍一下铌酸锂晶体的电光效应及应用。

　　铌酸锂晶体为负单轴晶体(no>ne)，属于三角晶系，具有3m点群对称操作。图1描述了其晶胞结构及物理坐标系的选取。

                a立体图                                             图1. 铌酸锂晶体晶胞结构及物理坐标系               b沿z轴俯视

　　从图1可以看出，其Z轴为3次旋转轴，y轴在对称平面上，x轴垂直于对称平面。这样的晶体结构注定了铌酸锂晶体具有较好的热电效应、压电效应、弹光效应、电光效应等。

　　电光效应是指在直流电场(或低频电场)的作用下引起材料折射率明显变化的一种现象。也就是说外加电场改变了介质的光学性质。在某些材料中折射率的变化与所加电场的强度成线性关系，即线性电光效应，也称普克尔斯(Pockels)效应。线性电光效应可认为是入射光场与直流电场混合作用在物质中产生的二阶非线性极化，由于线性电光效应是用二阶非线性极化率描写的，因此它只能在具有空间非对称的晶体中发生。在有空间中心对称的材料中，比如液体或玻璃，折射率的变化与所加电场的平方成正比，这就是二次效应或称克尔(Kerr)电光效应。与线性电光效应类似，它可用三阶非线性极化来描写。除此之外，还有更高次的电光效应。电光效应可以用数学表达式表示，即：

　　式中 y、h为常数，no为未加电压时晶体的折射率。等式右边第一项即线性电光效应引起的折射率变化。因为一般情况下，高阶效应要比一次效应弱的多，所以在铌酸锂晶体中，我们只需考虑线性电光效应。

　　应用

　　在电通信系统中,原始率数字信号电平的峰-峰值只有0.8V。因为数据率大于2.5Gb/s的铌酸锂调制器的半波电压(Vp)较高，故都需要用驱动器来推动调制器。驱动器不仅要有很宽的工作频带，并且要能提供足够大的微波输出功率。例如：对于10Gb/s、Vp=5.5V的调制器，需要驱动器具有75KHz 到8GHz的工作频带及20dBm(100mW)的1dB输出功率。制作率的驱动器是非常困难的，因此制作具有低Vp的调制器是很受欢迎的。

　　当然，也要求调制器有良好的其他性能，如低的光插入损耗、大的消光比、小的光反射损耗、弱的电反射损耗和合适的啁啾(chirp)参量。

　　电光调制器有很多用途。相位调制器可用于相干光纤通信系统，在密集波分复用光纤系统中用于产生多光频的梳形发生器，也能用作激光束的电光移频器。

　　电光调制器有良好的特性，可用于光纤有线电视(CATV)系统、无线通信系统中基站与中继站之间的光链路和其他的光纤模拟系统。

　　电光调制器除了用于上述的系统中用于产生高重复频率、极窄的光脉冲或光孤子(Soliton)，在先进雷达的欺骗系统中用作为光子宽带微波移相器和移频器，在微波相控阵雷达中用作光子时间延迟器，用于光波元件分析仪，测量微弱的微波电场等.