定義：該裝置可以操控光束的性質，例如光功率或者相位。

光(guang)調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)通(tong)(tong)常用來操(cao)控光(guang)束的(de)(de)性質，例(li)如(ru)激(ji)光(guang)光(guang)束。調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)根據(ju)所調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)光(guang)束的(de)(de)性質被稱(cheng)為強度調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)，相位調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)，偏振調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)，空間光(guang)調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)等。不同類(lei)型的(de)(de)調(diao)(diao)(diao)制(zhi)(zhi)器(qi)可以應(ying)用到(dao)不同的(de)(de)應(ying)用領(ling)域(yu)，例(li)如(ru)光(guang)纖通(tong)(tong)信(xin)領(ling)域(yu)，顯(xian)示設備中(zhong)，調(diao)(diao)(diao)Q或者鎖模(mo)激(ji)光(guang)器(qi)，以及光(guang)學測(ce)量(liang)中(zhong)。

存在幾種不同的調制器類型：

聲光(guang)調制器(qi)(qi)是基(ji)于(yu)聲光(guang)效應(ying)的調制器(qi)(qi)。它們被(bei)用于(yu)切換或(huo)(huo)者(zhe)持續調整激(ji)光(guang)光(guang)束的振幅，改變光(guang)頻率，或(huo)(huo)者(zhe)改變空間方向(xiang)。

電光調制(zhi)器利用(yong)(yong)的(de)是泡克爾斯盒(he)中的(de)電光效應(ying)。它們可以(yi)調制(zhi)偏振狀態(tai)，相位或者光束(shu)功率，或者用(yong)(yong)于(yu)超(chao)短脈沖(chong)放大器一節(jie)中提到的(de)脈沖(chong)提取。

電吸收調制器是一種強度調制器，用于光纖通信中的數據發射器上。
干涉調制器，例如馬赫-曾德爾調制器，通常在光數據傳輸中的光子集成電路中采用。
光纖調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。
液晶調制器適宜于應用到光學顯示設備或者脈沖整形器中。它們也可以當做空間光調制器來使用，也就是說傳輸隨空間變化，這可以用到顯示設備中。
調制盤可以周期性的改變光束的功率，這在一些特定的光學測量中（例如采用鎖定放大器）會用到。
微機械調制器（微機械系統，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。
體光學調制器，例如電光調制器，可以采用很大的光束面積也可以應用于大功率的情況。而光纖耦合的調制器，通常是具有光纖尾纖的波導調制器，則易于集成到光纖系統中。
聲光調制器

縮寫：AOM 定義：利用聲光效應的光學調制器。
聲光調制器是利用電子驅動信號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，即通過聲波機械振蕩壓力改變折射率。
AOM的關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換器用來激發聲波，聲波的頻率在100 MHz量級。光在周期性折射率光柵中傳播受到布拉格衍射產生聲波，因此AOMs有時也稱為布拉格盒。
散(san)射(she)光(guang)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)增(zeng)加(jia)或者減小，增(zeng)加(jia)或減小的(de)(de)值等于聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)頻(pin)(pin)率(lv)（與聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)相(xiang)對于光(guang)束的(de)(de)傳播(bo)方(fang)向(xiang)(xiang)有(you)關），并且散(san)射(she)光(guang)的(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)稍有(you)變(bian)化。（方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)變(bian)化很小，如(ru)圖1，因為聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)數與光(guang)播(bo)相(xiang)比非常小。）散(san)射(she)光(guang)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)和方(fang)向(xiang)(xiang)可(ke)以(yi)通過(guo)控(kong)制聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)進行(xing)控(kong)制，然而聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)功(gong)率(lv)則受制于光(guang)功(gong)率(lv)。當聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)功(gong)率(lv)足(zu)夠高(gao)時，大于50%的(de)(de)光(guang)功(gong)率(lv)被(bei)衍射(she)，極限情況(kuang)下大于95%的(de)(de)光(guang)波(bo)(bo)(bo)(bo)被(bei)衍射(she)。

聲波可能在晶體另一端被吸收。這種行波結構使其可以達到很寬的調制帶寬。其他裝置是與聲波共振的，利用晶體另一端對聲波的強反射。共振效應可以顯著提高調制深度（或者降低需要的聲波功率），但是會減小調制帶寬。
聲光調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準，包括電光系數，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。當采用聲剪切波（聲學振動方向與激光光束相同）時，與偏振方向無關，但是這會降低衍射效率。
還有在一塊芯片上包含多個聲光調制器的集成光學器件。可以在鈮酸鋰（LiNbO3）上集成光學器件，由于它是壓電的，因此芯片表面的金屬電極可以產生表面聲波。這種裝置有很多用途，例如，用做可調諧光學濾波器或者光學開關。
應用

聲光調制器具有很多應用：
它可以用做固態激光器中的Q開關。AOM也稱為Q開關，在脈沖產生之前用來關閉激光諧振腔。大多數情況下，只有零階光束滿足激光條件，并且當不需要激光時可以將AOM打開。這時需要衍射損耗（每次往返諧振腔產生的損耗）大于激光器增益。對于高增益激光器（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AOM關閉后，會產生非常大的諧振腔損耗。但是，激光態的損耗也相當高。
AOM也可以用做固態激光器的傾斜腔，產生納秒或超短脈沖。后者情況下，AOM的速度只有當諧振腔比較長時才滿足要求，或者需要采用電光調制器。
采用AOM調整諧振腔中往返光的諧振波損耗可以實現主動鎖模。
AOM可以用做脈沖拾取器來降低脈沖列的脈沖重復速率，為了將脈沖進行后續的放大過程得到很高的脈沖能量。
在激光打印機和其它裝置中，AOM可以用來調制激光光束的功率。調制可以為連續的或者數字的（開/關）。
AOM會使激光光束頻率產生偏移，例如用在各種測量器件中，或者用在利用通過頻移光學反饋實現鎖模的激光器中。
有些情況下需要利用(yong)衍射角與聲學頻(pin)(pin)率有關的效應。尤其是，可(ke)以掃(sao)(sao)描(miao)出射光束的方向（至少(shao)掃(sao)(sao)描(miao)小范圍的）來改變調制頻(pin)(pin)率。

聲光調制器的重要性質
實際應用中挑選聲光調制器時可以從以下方面考慮：
材料需要在需要的頻率范圍內具有很高的透明度，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開關時很重要，而在傾斜腔中更加重要。
需要的微波功率同時會影響需要的電功率和冷卻裝置。
開關時間。
用做移頻器時，裝置需要工作在很大的微波頻率范圍內。
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。
由于需要權衡很多參數，不同應用情況下需要采用不同的材料和工作參數。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(de)(de)模式(shi)面(mian)(mian)積可(ke)以提(ti)高(gao)控(kong)制功(gong)率(lv)能力(li)，但(dan)是需(xu)(xu)要(yao)(yao)采用(yong)更大的(de)(de)晶體(ti)或(huo)者玻璃片還需(xu)(xu)要(yao)(yao)更高(gao)的(de)(de)驅動功(gong)率(lv)，同(tong)時還會提(ti)高(gao)開關(guan)時間，開關(guan)時間受制于聲學躍遷時間。對于快速的(de)(de)聲光掃描儀，需(xu)(xu)要(yao)(yao)大的(de)(de)模式(shi)面(mian)(mian)積實現高(gao)的(de)(de)像素分辨率(lv)，但(dan)是高(gao)的(de)(de)掃描速度又(you)需(xu)(xu)要(yao)(yao)較小的(de)(de)模式(shi)面(mian)(mian)積。

電光調制器

縮寫：EOM 定義：基于(yu)電(dian)光效應的光調制器(qi)

電光調制器（EOM）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。圖1給出了不同類型的普克爾斯盒，更多細節描述可參閱詞條普克爾斯盒。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。
EOMs常(chang)用(yong)(yong)的非(fei)線性晶(jing)體材(cai)料為(wei)磷(lin)酸二(er)氘鉀（DKDP），磷(lin)酸氧鈦鉀（KTP），β-硼酸鋇（BBO）（后者適用(yong)(yong)于更(geng)高(gao)平均功率(lv)和(he)更(geng)高(gao)開關頻率(lv)時），還有(you)鈮(ni)酸鋰(li)（LiNbO3），鈦酸鋰(li)（LiTaO3）和(he)磷(lin)酸二(er)氫銨（NH4H2PO4, ADP）。除了以上這些無機電光材(cai)料外，還有(you)一些特(te)殊的聚合(he)物(wu)可(ke)以用(yong)(yong)在調制(zhi)器中。

圖1：幾種不同(tong)類型(xing)的普克爾(er)斯(si)盒。

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(yi)個合適的(de)電(dian)子回(hui)路可(ke)以在幾納秒內開關如此大的(de)電(dian)壓，因此EOMs可(ke)以用作快速的(de)光開關。在其它情況下，只需(xu)較小的(de)電(dian)壓進行調制(zhi)(zhi)就足夠了，例如，只需(xu)要很小的(de)振幅或者相位調制(zhi)(zhi)。

電光調制器的類型

— 相位調制器
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(yu)其它(ta)光學元件結合起來，尤其是(shi)與(yu)偏(pian)(pian)振(zhen)器結合后(hou)(hou)，普克(ke)爾斯(si)盒(he)(he)可以用(yong)作其它(ta)種(zhong)類的(de)調制。圖2中的(de)振(zhen)幅調制器是(shi)利用(yong)普克(ke)爾斯(si)盒(he)(he)改變偏(pian)(pian)振(zhen)態(tai)，然后(hou)(hou)采(cai)用(yong)偏(pian)(pian)振(zhen)器將偏(pian)(pian)振(zhen)態(tai)的(de)改變轉化成透射(she)光振(zhen)幅和(he)功率(lv)的(de)變化。

圖2：電光振(zhen)幅調制器，在兩(liang)偏(pian)振(zhen)器之間包含(han)一個普克爾斯盒(he)。

另一個技術方案是在馬赫曾德爾干涉儀的一個臂上使用電光相位調制器來得到振幅調制。該原理通常應用在集成光學（光子集成回路）中，相比于體光學元件，這種方案更容易實現相位穩定。
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。
— 共振裝置與寬帶裝置的對比
有時需要在某一特定頻率下得到純的正弦調制。在該情況下，通常需要采用電子共振的（而不是機械共振的）電光調制器，包含一個共振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回路具有高的品質因子（Q因子）并且降低帶寬從而可以實現共振增強。但是采用共振裝置的一個缺點是缺乏靈活性，要改變共振頻率，至少需要改變一個電學元件。
寬帶調制器通常優化到可以工作在很寬的頻率范圍內，通常從0頻率開始。高的調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。
— 行波調制器
在很高調制帶寬的情(qing)況下(xia)，例如，在GHz范(fan)圍內，通常(chang)(chang)采用集成光(guang)學行波(bo)調制器。這里，電(dian)(dian)子驅動信號產生電(dian)(dian)磁波(bo)（微波(bo)）在與光(guang)束(shu)方(fang)向(xiang)相同的電(dian)(dian)極(ji)間傳播(bo)。理(li)想(xiang)情(qing)況下(xia)，兩波(bo)的相速度是匹配的，因此即(ji)使頻率非常(chang)(chang)高且電(dian)(dian)極(ji)長度對應幾(ji)個微波(bo)波(bo)長的情(qing)況下(xia)，也可以(yi)得到(dao)足夠的調制。

重要性質

在購買電光調制器之前需要考慮許多性質：
裝置需要具有足夠大的孔徑，尤其是在峰值功率很高時。在整個孔徑中統一進行開關和調制需要很高的晶體質量和合適的電極幾何結構。提高孔徑尺寸會很大的提高器件成本。
用于超短脈沖開關時，克爾非線性效應和色散是相關的效應，它們與晶體材料及其長度有關，還與光束半徑有關。（這類效應通常無法消除，因此需要在設計時考慮在內，例如，在設計正反饋放大器時。）
根據器件的設計，輸出光束可能保持入射光束的偏振態也有可能不保持。
相位調制器可能會產生不需要的振幅調制，反之亦然。這與設計密切相關。
由于電光材料通常是壓電的，施加的電壓會產生機械振動，它就會通過電光效應從而影響折射率。在某一機械共振頻率附近，調制器的響應可能會受到很大的影響。這尤其在寬帶調制器中會是一個問題。應用到開關中時，可能會存在不需要的激振效應。該效應與晶體材料、維度、指向和機械設計密切相關。
很高的平均功率和開關頻率都會引起熱學相關的問題。熱學處理以及功率和頻率范圍與各種制作細節有關。
晶體需要具有很高質量的抗反射涂層，工作在特定的波長區域，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制器裝置中被吸收或者出射到一個比較合適的位置和方向（尤其對于高功率裝置來說）。
開關速度與調制器和電子驅動裝置都有關系。
電光調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(yao)注意(yi)，合適的機械支架(jia)也是(shi)需要(yao)的，通常需要(yao)采用一些方法(fa)將(jiang)調制器(qi)準(zhun)確(que)調整到不(bu)同的方向(xiang)上。

電子驅動

電子驅動如果能夠同時與EOM匹配同時又能適用于特定應用中是非常重要的。例如，不同種類的EOMs需要使用不同的驅動電壓，并且驅動器需要根據EOM給定的電容來進行設計。有些驅動器只適用于正弦調試，然而寬帶裝置工作在很大的調制頻率范圍內。如果從同一個供貨商購買電光調制器和電子驅動器就能避免很多問題，因為總體的響應度在同一個水平。
應用

電光調制器的一些典型應用包括：
調制激光光束的功率，例如，用于激光打印，高速數字數據記錄，或者高速光通信
用在激光頻率穩定機制中，例如，利用Pound-Drever-Hall方法
固態激光器中的Q開關（其中EOM是在脈沖輻射之前用來關閉激光諧振腔）
主動鎖模（EOM調制諧振腔損耗或者往返光的相位等）
在脈沖拾取器(qi)、正反饋放大器(qi)和傾腔(qiang)激光器(qi)中開關(guan)脈沖

電吸收調制器

定義：基于Franz-Keldysh效應(ying)的光學調制器

電(dian)吸(xi)收(shou)調(diao)制器(qi)(qi)是一(yi)種半導體器(qi)(qi)件，它(ta)通(tong)過施加電(dian)壓來控制（調(diao)制）激(ji)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)束的(de)強度（參閱光(guang)(guang)(guang)調(diao)制器(qi)(qi)）。它(ta)的(de)工作(zuo)原(yuan)理為Franz-Keldysh效應，即(ji)施加的(de)電(dian)場引起(qi)吸(xi)收(shou)光(guang)(guang)(guang)譜的(de)改(gai)變(bian)，然后改(gai)變(bian)帶隙能量（吸(xi)收(shou)邊的(de)光(guang)(guang)(guang)子(zi)能量），但是通(tong)常不涉及到電(dian)場激(ji)發(fa)的(de)載流子(zi)。

大多數電(dian)(dian)吸收調制(zhi)器都制(zhi)作成波導形(xing)式(shi)，施加電(dian)(dian)場的(de)電(dian)(dian)極方向垂直于(yu)調制(zhi)的(de)光束(shu)。為了得到高的(de)消光比，通常采用量子阱結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)量子限制(zhi)斯(si)塔(ta)克效應。

與電(dian)光調(diao)(diao)制(zhi)器(qi)(qi)相(xiang)比，電(dian)吸收調(diao)(diao)制(zhi)器(qi)(qi)工(gong)作(zuo)在更(geng)低(di)的工(gong)作(zuo)電(dian)壓下（幾(ji)伏(fu)而(er)不是幾(ji)千伏(fu)）。它工(gong)作(zuo)在很高的速(su)度下，調(diao)(diao)制(zhi)帶寬(kuan)可達(da)幾(ji)十(shi)GHz，因此它在光纖通(tong)信中非常重要。

電吸收(shou)調制(zhi)器一(yi)(yi)種很重要的(de)(de)特性(xing)是它(ta)可以(yi)(yi)與(yu)分布反(fan)饋激光二極管(guan)(guan)同時集成到一(yi)(yi)個(ge)芯片上以(yi)(yi)光子集成回路的(de)(de)形式得到一(yi)(yi)個(ge)數據發射器。與(yu)直接調制(zhi)激光二極管(guan)(guan)相比(bi)，這樣可以(yi)(yi)得到更(geng)大的(de)(de)帶寬，并且芯片尺寸更(geng)小。

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