电光幅度和相位调制器允许您以电气方式控制光束的幅度、相位和偏振状态。 例如，在通信系统中，这些调制器将信息加到光频率载波上。 与激光器本身的直接调制不同，外部调制器不会对激光器线宽和稳定性造成任何影响。 在测量系统中，幅度调制器可用作执行器以保持激光束中的强度恒定，或用作光学斩波器以从 CW 激光束产生脉冲流。 相位调制器用于稳定激光束的频率，或锁模激光。
电光调制器的实际用途和应用（二）
调幅
为了理解电光幅度调制器的操作，我们首先考虑一个电光波片。 假设与晶体主轴成 45偏振的光束平行于电光晶体的第三轴传播。 在没有外加场的情况下，晶体通常是任意延迟的多阶波片。当外加电场时，电光效应会在不同程度上改变沿两个晶体方向的折射率，从而改变 有效波片的延迟。如图 2 所示，一个简单的幅度调制器的几何结构由一个偏振器、一个用于零延迟的电光晶体切割和一个分析器组成。输入偏振器保证光束与晶体主轴成 45° 偏振。晶体充当可变波片，随着施加电压的增加，将出射偏振从线偏振（从输入旋转 0°）变为圆偏振、线偏振（旋转 90°）、圆形等。分析仪仅透射已旋转的出射偏振分量，从而分别产生 0、0.5、1 和 0.5 的总透射率。传输和应用场之间的关系不是线性的，而是具有 sin2 依赖性。为了获得线性幅度调制，这些调制器通常以 50% 的传输率进行偏置，并且仅在施加的小电压下工作。偏置调制器的两种方法是一种，通过偏置三通添加直流电压，或者两种，在分析仪之前添加四分之一波片。在没有四分之一波片的情况下将调制器偏置到 50% 传输所需的电压是调制器的四分之一波电压。它具有与横向相位调制器的四分之一波电压类似的形式。
由于这些晶体双折射的温度依赖性，这种简单的几何形状对于大多数电光晶体来说是不实用的。这种依赖性将温度相关的波片引入调制器。因此，使用双折射非线性介质（例如 LiNbO3）的未补偿调制器的传输将表现出显着的热漂移。这种温度敏感性可以通过稳定单晶调制器的温度或使用两个相同的晶体来克服。第二种方案采用光学串联放置的两个等长晶体，它们的主轴相对于彼此旋转 90°，如图 3 所示。因此，光束的偏振分量在两个折射率区域中的每一个中传播相等的路径长度，这导致结构的双折射为零，与温度无关。热漂移限制了相位调制器的实用性，相位调制器通常由单晶制成。
实际限制
这些设备的性能有几个实际限制。主要是，LiNbO3 的光功率处理能力受到称为光折变损伤的影响。虽然这种效应有时很有用（如在全息数据存储中）并且不会永久损坏晶体，但它会降低调制器的性能。具有光折变损坏晶体的调制器会使通过它的光束扭曲。避免光折变损坏的最佳方法是将光强度保持在调制器的指定限值以下。由于光折变效应高度依赖于波长，调制器可以在更长的波长下相应地处理更高的功率。
另一个限制是由于所有具有非零电光系数的材料也是压电的。这意味着产生相位调制的相同电信号也会产生振动。由这些振动引起的应变通过弹光效应改变折射率。这些振动会在调制频率上导致不需要的幅度调制或光束位移。 LiNbO3 的压电常数相当弱，只要避免机械共振频率（通常在 1 和 10 MHz 之间），通常不会影响晶体的性能。
使用相位调制器时的第三个限制是残余幅度调制。理想的相位调制器不应调制光束的强度。幅度调制将由置于相位调制器之后的背反射源引起。背向反射会导致弱标准具，通过在光束上引入可测量的幅度调制分量来改变调制光束的谐波含量。通过将输入偏振状态与调制器的主轴正确对齐，可以最大限度地减少不需要的幅度调制。您可以通过使用位于调制器中心下方的准直光束来进一步减少残余幅度调制。
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