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)(guang)(guang)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)通常用來操(cao)控光(guang)(guang)(guang)束的(de)(de)性質，例如(ru)激(ji)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)束。調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)根據所(suo)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)光(guang)(guang)(guang)束的(de)(de)性質被稱為(wei)強度調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，相(xiang)位調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，偏振調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，空間(jian)光(guang)(guang)(guang)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)等。不同類(lei)型的(de)(de)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)可以(yi)應(ying)用到不同的(de)(de)應(ying)用領域，例如(ru)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)通信領域，顯示(shi)設備中，調(diao)(diao)Q或者鎖(suo)模(mo)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)，以(yi)及光(guang)(guang)(guang)學(xue)測量中。

存在幾種不同的調制器類型：

聲光(guang)(guang)調(diao)制(zhi)器是基(ji)于聲光(guang)(guang)效(xiao)應的調(diao)制(zhi)器。它們被用于切換(huan)或者持續(xu)調(diao)整激光(guang)(guang)光(guang)(guang)束的振幅，改變(bian)光(guang)(guang)頻率，或者改變(bian)空(kong)間方向(xiang)。

電光(guang)(guang)調(diao)制(zhi)器利用(yong)(yong)的(de)是泡克爾(er)斯盒中(zhong)的(de)電光(guang)(guang)效應。它們可以調(diao)制(zhi)偏振狀(zhuang)態，相位(wei)或(huo)者光(guang)(guang)束(shu)功率，或(huo)者用(yong)(yong)于超短(duan)脈(mo)沖放大器一節中(zhong)提到(dao)的(de)脈(mo)沖提取(qu)。

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。
散射(she)(she)(she)光(guang)(guang)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)增(zeng)加或(huo)者減(jian)小，增(zeng)加或(huo)減(jian)小的(de)值等于(yu)聲(sheng)波(bo)(bo)頻(pin)率(lv)(lv)（與(yu)聲(sheng)波(bo)(bo)相對于(yu)光(guang)(guang)束的(de)傳播方(fang)向有關），并且(qie)散射(she)(she)(she)光(guang)(guang)的(de)方(fang)向稍有變化(hua)。（方(fang)向的(de)變化(hua)很小，如圖1，因為聲(sheng)波(bo)(bo)的(de)波(bo)(bo)數與(yu)光(guang)(guang)播相比非常(chang)小。）散射(she)(she)(she)光(guang)(guang)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)和方(fang)向可以通過控制(zhi)聲(sheng)波(bo)(bo)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)進行(xing)控制(zhi)，然而(er)聲(sheng)波(bo)(bo)功(gong)(gong)率(lv)(lv)則受制(zhi)于(yu)光(guang)(guang)功(gong)(gong)率(lv)(lv)。當聲(sheng)波(bo)(bo)功(gong)(gong)率(lv)(lv)足夠高(gao)時，大于(yu)50%的(de)光(guang)(guang)功(gong)(gong)率(lv)(lv)被衍射(she)(she)(she)，極(ji)限情況(kuang)下大于(yu)95%的(de)光(guang)(guang)波(bo)(bo)被衍射(she)(she)(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(yao)利用衍(yan)射角與聲學(xue)頻(pin)率有關(guan)的效應。尤其是，可以掃描(miao)出(chu)射光束的方向（至少掃描(miao)小范圍的）來改變(bian)調制(zhi)頻(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。
大的模式(shi)面積(ji)可以提高(gao)控制功率(lv)能(neng)力(li)，但是需要(yao)采用更大的晶體或(huo)者玻璃片還(huan)需要(yao)更高(gao)的驅動功率(lv)，同時(shi)還(huan)會提高(gao)開關時(shi)間(jian)，開關時(shi)間(jian)受制于(yu)聲學躍遷時(shi)間(jian)。對于(yu)快速的聲光掃描儀，需要(yao)大的模式(shi)面積(ji)實現(xian)高(gao)的像素分(fen)辨(bian)率(lv)，但是高(gao)的掃描速度又需要(yao)較小的模式(shi)面積(ji)。

電光調制器

縮(suo)寫：EOM 定義：基于電光效(xiao)應的光調制器

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常用的非線性(xing)晶體材料為磷酸(suan)二氘鉀(jia)（DKDP），磷酸(suan)氧鈦(tai)(tai)鉀(jia)（KTP），β-硼酸(suan)鋇(bei)（BBO）（后者(zhe)適(shi)用于更高(gao)平均功率和更高(gao)開關頻率時），還(huan)(huan)有(you)鈮酸(suan)鋰（LiNbO3），鈦(tai)(tai)酸(suan)鋰（LiTaO3）和磷酸(suan)二氫銨（NH4H2PO4, ADP）。除了以上這些(xie)無機(ji)電光材料外，還(huan)(huan)有(you)一些(xie)特殊的聚合物可以用在調(diao)制器中。

圖1：幾(ji)種不同類型(xing)的普克爾斯(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(yong)一個合適的(de)電(dian)子回路可(ke)以在幾(ji)納秒內開關(guan)如(ru)此(ci)大(da)的(de)電(dian)壓，因(yin)此(ci)EOMs可(ke)以用(yong)作快(kuai)速(su)的(de)光開關(guan)。在其它情況下，只需(xu)較小(xiao)的(de)電(dian)壓進(jin)行調(diao)制就(jiu)足夠了，例如(ru)，只需(xu)要很小(xiao)的(de)振幅或者相位(wei)調(diao)制。

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(ru)果與其(qi)(qi)它(ta)光(guang)(guang)學元(yuan)件結(jie)合起來，尤其(qi)(qi)是與偏振器結(jie)合后，普(pu)克(ke)(ke)爾(er)斯(si)盒可(ke)以用作(zuo)其(qi)(qi)它(ta)種類的調(diao)制(zhi)。圖2中的振幅調(diao)制(zhi)器是利用普(pu)克(ke)(ke)爾(er)斯(si)盒改變偏振態(tai)，然后采用偏振器將(jiang)偏振態(tai)的改變轉(zhuan)化(hua)成透射光(guang)(guang)振幅和功率(lv)的變化(hua)。

圖2：電光振(zhen)幅調制器，在(zai)兩偏振(zhen)器之間包含一(yi)個(ge)普克爾(er)斯盒。

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(dai)寬(kuan)的(de)情(qing)況下，例如，在GHz范圍內，通常采(cai)用集成光學(xue)行波(bo)(bo)調制器。這里，電(dian)子(zi)驅動(dong)信號產生電(dian)磁波(bo)(bo)（微波(bo)(bo)）在與光束方向相同(tong)的(de)電(dian)極間(jian)傳播。理想情(qing)況下，兩波(bo)(bo)的(de)相速(su)度(du)是匹配(pei)的(de)，因此即使(shi)頻率(lv)非(fei)常高且電(dian)極長(chang)度(du)對應幾個微波(bo)(bo)波(bo)(bo)長(chang)的(de)情(qing)況下，也可以(yi)得到足夠的(de)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(xu)要注意，合適的機械支架也是需(xu)要的，通常需(xu)要采用一些方法將(jiang)調(diao)制器準確調(diao)整到不同的方向上。

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(qu)器、正反饋放大(da)器和(he)傾腔激(ji)光器中開關脈沖

電吸收調制器

定義：基(ji)于Franz-Keldysh效應的光學調(diao)制器

電(dian)吸收(shou)調(diao)制器(qi)是(shi)一種(zhong)半導體器(qi)件(jian)，它通過施加電(dian)壓(ya)來控制（調(diao)制）激(ji)光光束(shu)的強度（參(can)閱(yue)光調(diao)制器(qi)）。它的工作原理為Franz-Keldysh效應，即施加的電(dian)場引起吸收(shou)光譜的改變，然后改變帶隙能量（吸收(shou)邊的光子能量），但是(shi)通常不涉及(ji)到(dao)電(dian)場激(ji)發的載流子。

大多數(shu)電(dian)吸(xi)收調(diao)制(zhi)(zhi)器都制(zhi)(zhi)作成波導形式，施(shi)加電(dian)場的電(dian)極(ji)方(fang)向垂直(zhi)于調(diao)制(zhi)(zhi)的光束。為(wei)了(le)得(de)到高的消光比，通常采用量(liang)子阱(jing)結構(gou)中的量(liang)子限制(zhi)(zhi)斯塔克效(xiao)應。

與(yu)電光調制器相(xiang)比，電吸收(shou)調制器工作在更低(di)的工作電壓下（幾(ji)伏(fu)而不是幾(ji)千伏(fu)）。它工作在很高的速度下，調制帶寬可達幾(ji)十GHz，因此它在光纖通(tong)信中非常重要。

電(dian)吸收調制器(qi)一種很(hen)重要的特(te)性是它(ta)可以與分布(bu)反饋激光二(er)極管同時集成(cheng)到(dao)(dao)一個(ge)芯(xin)片上以光子集成(cheng)回路的形式得(de)到(dao)(dao)一個(ge)數據發射器(qi)。與直接調制激光二(er)極管相比，這樣可以得(de)到(dao)(dao)更(geng)大(da)的帶(dai)寬，并(bing)且芯(xin)片尺(chi)寸更(geng)小。

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