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鈮酸鋰調(diào)制器利用鈮酸鋰晶體的電光效應(yīng)并結(jié)合光電子集成工藝制作而成，因其具有高響應(yīng)速度，低插入損耗以及低半波電壓倍廣泛應(yīng)用在光纖通信，微波光子，光纖傳感等領(lǐng)域。今天我們介紹一下鈮酸鋰晶體的電光效應(yīng)及應(yīng)用。
鈮酸鋰晶體為負(fù)單軸晶體(no>ne)，屬于三角晶系，具有3m點(diǎn)群對(duì)稱操作。圖1描述了其晶胞結(jié)構(gòu)及物理坐標(biāo)系的選取。
a立體圖 b沿z軸俯視
圖1. 鈮酸鋰晶體晶胞結(jié)構(gòu)及物理坐標(biāo)系
從圖1可以看出，其Z軸為3次旋轉(zhuǎn)軸，y軸在對(duì)稱平面上，x軸垂直于對(duì)稱平面。這樣的晶體結(jié)構(gòu)注定了鈮酸鋰晶體具有較好的熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、彈光效應(yīng)、電光效應(yīng)等。
電光效應(yīng)是指在直流電場(chǎng)(或低頻電場(chǎng))的作用下引起材料折射率明顯變化的一種現(xiàn)象。也就是說(shuō)外加電場(chǎng)改變了介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。在某些材料中折射率的變化與所加電場(chǎng)的強(qiáng)度成線性關(guān)系，即線性電光效應(yīng)，也稱普克爾斯(Pockels)效應(yīng)。線性電光效應(yīng)可認(rèn)為是入射光場(chǎng)與直流電場(chǎng)混合作用在物質(zhì)中產(chǎn)生的二階非線性極化，由于線性電光效應(yīng)是用二階非線性極化率描寫的，因此它只能在具有空間非對(duì)稱的晶體中發(fā)生。在有空間中心對(duì)稱的材料中，比如液體或玻璃，折射率的變化與所加電場(chǎng)的平方成正比，這就是二次效應(yīng)或稱克爾(Kerr)電光效應(yīng)。與線性電光效應(yīng)類似，它可用三階非線性極化來(lái)描寫。除此之外，還有更高次的電光效應(yīng)。電光效應(yīng)可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示，即：
式中 y、h為常數(shù)，no為未加電壓時(shí)晶體的折射率。等式右邊第一項(xiàng)即線性電光效應(yīng)引起的折射率變化。因?yàn)橐话闱闆r下，高階效應(yīng)要比一次效應(yīng)弱的多，所以在鈮酸鋰晶體中，我們只需考慮線性電光效應(yīng)。
在電通信系統(tǒng)中,原始率數(shù)字信號(hào)電平的峰-峰值只有0.8V。因?yàn)閿?shù)據(jù)率大于2.5Gb/s的鈮酸鋰調(diào)制器的半波電壓(Vp)較高，故都需要用驅(qū)動(dòng)器來(lái)推動(dòng)調(diào)制器。驅(qū)動(dòng)器不僅要有很寬的工作頻帶，并且要能提供足夠大的微波輸出功率。例如：對(duì)于10Gb/s、Vp=5.5V的調(diào)制器，需要驅(qū)動(dòng)器具有75KHz 到8GHz的工作頻帶及20dBm(100mW)的1dB輸出功率。制作率的驅(qū)動(dòng)器是非常困難的，因此制作具有低Vp的調(diào)制器是很受歡迎的。
當(dāng)然，也要求調(diào)制器有良好的其他性能，如低的光插入損耗、大的消光比、小的光反射損耗、弱的電反射損耗和合適的啁啾(chirp)參量。
電光調(diào)制器有很多用途。相位調(diào)制器可用于相干光纖通信系統(tǒng)，在密集波分復(fù)用光纖系統(tǒng)中用于產(chǎn)生多光頻的梳形發(fā)生器，也能用作激光束的電光移頻器。
電光調(diào)制器有良好的特性，可用于光纖有線電視(CATV)系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)中基站與中繼站之間的光鏈路和其他的光纖模擬系統(tǒng)。
電光調(diào)制器除了用于上述的系統(tǒng)中用于產(chǎn)生高重復(fù)頻率、極窄的光脈沖或光孤子(Soliton)，在先進(jìn)雷達(dá)的欺騙系統(tǒng)中用作為光子寬帶微波移相器和移頻器，在微波相控陣?yán)走_(dá)中用作光子時(shí)間延遲器，用于光波元件分析儀，測(cè)量微弱的微波電場(chǎng)等。