四川理工學院 張 莉

電光調制系統(tǒng)設計實驗的方法

四川理工學院 張 莉

電光效應是晶體或液體的折射率在加上電場后發(fā)生變化的現象。電光效應在工程技術和科學研究中有許多重要應用，被廣泛應用在激光測距、激光通信、光學數據處理和激光顯示等方面。因此，研究電光調制系統(tǒng)設計方法，對于晶體的電光效應驗證和電光調制技術在激光通信中的應用具有深遠的意義。

一、電光調制及激光器電源

1. 電光調制。電光調制是利用某些晶體材料在外加電場作用下折射率發(fā)生變化的電光效應而進行工作的，可分為縱向調制和橫向調制。

（1）縱向和橫向電光調制?？v向電光調制電場方向與光的傳播方向平行；橫向電光調制電場方向與光的傳播方向垂直，其優(yōu)點是半波電壓低、驅動功率小，應用較為廣泛。

（2）半波電壓。通常使用的電光晶體的主要特性之一是采用半波電壓來表征，激光器電源供給激光器正常工作的電壓，確保激光器穩(wěn)定工作。當給電光晶體加上電壓后，晶體的折射率及其光學性能發(fā)生變化，線偏振光通過電光晶體的同時，給電光晶體外加一個電壓，改變了光波的偏振狀態(tài)，線偏振光變成了橢圓偏振光。

2. 激光器電源。電源部分可以同時輸出幾路直流穩(wěn)壓電源給信號源的各個模塊同時供電，由激光器產生的激光經起偏器后成線偏振光。為了選擇合適的調制工作點，在電光晶體之后插入一個λ/4波片，通過檢偏器檢測輸出光的偏振方向，然后通過限流電阻直接給激光管供電，這樣激光器電源將220 V輸入電壓通過變壓器升到1 000 V，通過電光晶體的兩束光線的相位延遲π/2，通過檢偏器檢測輸出光的偏振方向，最后用光電探測器檢測調制后的光信號，使得激光管中的氣體電離，激光管開始工作。信號發(fā)生模塊產生頻率和幅度都連續(xù)可調的正弦波與方波，偏置高壓模塊產生幅度連續(xù)可調的直流高壓，功率放大模塊將輸入的正弦波與方波以及音頻信號放大到幾十伏，解調模塊對從探測器輸入的微弱信號進行解調放大，直流高壓代替λ/4波片作為調制晶體的半波電壓。

二、電光調制系統(tǒng)實驗設計

1. 設計電光調制通信實驗。電光調制通信系統(tǒng)中的電光晶體由鈮酸鋰制成，在切割的時候沿光軸的方向進行切割，把兩個端面拋光，并在晶體的側面鍍上電極，用來施加外加電壓，通光的方向即為光軸的方向，此信號實際上就是一個隨時間變化的電壓信號，可以是收錄機的輸出或磁帶機輸出。由于電壓的幅值較小，只有2V左右。這樣把聲音信號加載到了光波上，從電光晶體射出的光波中就載有聲音信息。在接收端用光電探測器接收光信號，光波載著聲音信息在自由空間傳輸，經轉換電路轉換為電壓。從電光晶體射出的光沒有被調制，沒有給電光晶體加外加電壓，所以在接收端光電探測器所接收的光信號，經電路轉換后得到的電壓值為一條直線。加載了聲音信號后，光電探測器經電路轉換后得到了與發(fā)送端相同的電壓波形，完成了用激光光波在自由空間傳輸聲音信息的全過程?；谝陨想姽庹{制原理，從三方面設計電光調制通信實驗。

（1）擋住從檢偏器出來的光，解調器就解調不出發(fā)射端所發(fā)射的聲音信號。在實驗中發(fā)現，光電探測器的放置位置至關重要，因為光電三極管的接收面為一球面，球面的中心一定要對準所接收光斑的中心，若有偏差的話，在接收端也將接收不到被傳輸的聲音信號。光波載有聲音信息并在自由空間傳播，在接收地用光電探測器接收被調制的光信號，之后進行電路轉換，將光信號轉換成電信號，用解調器將聲音信號還原，最終完成聲音信號的光傳輸。

（2）改變輸入端信號的大小，即調節(jié)收錄機或磁帶機的音量，解調器解調出來的聲音也隨同變化，說明通信是成功的。用光波傳遞聲音信息，由激光器產生的激光，經起偏器后成為線偏振光，再經過λ/4波片變成圓偏振光，使得兩個偏振分量（O光和e光）在進入電光晶體之前產生π/2的位相差。

（3）選擇合適的工作點。解調器解調出來的聲音信號與發(fā)送端的聲音信號是完全相同的。去掉λ/4波片調制器的工作點就不在V=Vπ/2附近了，也就是說調制器工作在T-V曲線的非線性區(qū)，解調器解調出來的聲音就會失真或者完全聽不到聲音。當給電光晶體加上電壓后，晶體的折射率及其他光學性能發(fā)生變化，改變了光波的偏振狀態(tài)，因此圓偏振光變成了橢圓偏振光，再經過檢偏器又成為線偏振光，光強被調制。

2. 實驗結果。為了便于比較，實驗光路中引出一路參考光，表征激光器未加電光調制時激光功率的變化情況，通過對上述穩(wěn)功率系統(tǒng)進行運作、調試、測量，測得數據如圖1。

三、結論

通過以上電光調制系統(tǒng)實驗設計，證明了利用電光調制技術進行激光通信是可行的，而且這三種實驗方法具有傳輸速度快，抗干擾能力強，保密性好，結構簡單，成本低廉，易于實現等優(yōu)點。隨著經濟和通信全球化、因特網的大量普及，人們對通信的要求越來越高，通信速度不僅要快而且質量要高。我們相信在信息時代的今天，光通信技術的發(fā)展速度將超越電技術，而且會有更加廣闊的應用前景。