电光调制系统设计实验的方法

四川理工学院 张 莉

电光调制系统设计实验的方法

四川理工学院 张 莉

电光效应是晶体或液体的折射率在加上电场后发生变化的现象。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，被广泛应用在激光测距、激光通信、光学数据处理和激光显示等方面。因此，研究电光调制系统设计方法，对于晶体的电光效应验证和电光调制技术在激光通信中的应用具有深远的意义。

一、电光调制及激光器电源

1. 电光调制。电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的，可分为纵向调制和横向调制。

（1）纵向和横向电光调制。纵向电光调制电场方向与光的传播方向平行；横向电光调制电场方向与光的传播方向垂直，其优点是半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛。

（2）半波电压。通常使用的电光晶体的主要特性之一是采用半波电压来表征，激光器电源供给激光器正常工作的电压，确保激光器稳定工作。当给电光晶体加上电压后，晶体的折射率及其光学性能发生变化，线偏振光通过电光晶体的同时，给电光晶体外加一个电压，改变了光波的偏振状态，线偏振光变成了椭圆偏振光。

2. 激光器电源。电源部分可以同时输出几路直流稳压电源给信号源的各个模块同时供电，由激光器产生的激光经起偏器后成线偏振光。为了选择合适的调制工作点，在电光晶体之后插入一个λ/4波片，通过检偏器检测输出光的偏振方向，然后通过限流电阻直接给激光管供电，这样激光器电源将220 V输入电压通过变压器升到1 000 V，通过电光晶体的两束光线的相位延迟π/2，通过检偏器检测输出光的偏振方向，最后用光电探测器检测调制后的光信号，使得激光管中的气体电离，激光管开始工作。信号发生模块产生频率和幅度都连续可调的正弦波与方波，偏置高压模块产生幅度连续可调的直流高压，功率放大模块将输入的正弦波与方波以及音频信号放大到几十伏，解调模块对从探测器输入的微弱信号进行解调放大，直流高压代替λ/4波片作为调制晶体的半波电压。

二、电光调制系统实验设计

1. 设计电光调制通信实验。电光调制通信系统中的电光晶体由铌酸锂制成，在切割的时候沿光轴的方向进行切割，把两个端面抛光，并在晶体的侧面镀上电极，用来施加外加电压，通光的方向即为光轴的方向，此信号实际上就是一个随时间变化的电压信号，可以是收录机的输出或磁带机输出。由于电压的幅值较小，只有2V左右。这样把声音信号加载到了光波上，从电光晶体射出的光波中就载有声音信息。在接收端用光电探测器接收光信号，光波载着声音信息在自由空间传输，经转换电路转换为电压。从电光晶体射出的光没有被调制，没有给电光晶体加外加电压，所以在接收端光电探测器所接收的光信号，经电路转换后得到的电压值为一条直线。加载了声音信号后，光电探测器经电路转换后得到了与发送端相同的电压波形，完成了用激光光波在自由空间传输声音信息的全过程。基于以上电光调制原理，从三方面设计电光调制通信实验。

（1）挡住从检偏器出来的光，解调器就解调不出发射端所发射的声音信号。在实验中发现，光电探测器的放置位置至关重要，因为光电三极管的接收面为一球面，球面的中心一定要对准所接收光斑的中心，若有偏差的话，在接收端也将接收不到被传输的声音信号。光波载有声音信息并在自由空间传播，在接收地用光电探测器接收被调制的光信号，之后进行电路转换，将光信号转换成电信号，用解调器将声音信号还原，最终完成声音信号的光传输。

（2）改变输入端信号的大小，即调节收录机或磁带机的音量，解调器解调出来的声音也随同变化，说明通信是成功的。用光波传递声音信息，由激光器产生的激光，经起偏器后成为线偏振光，再经过λ/4波片变成圆偏振光，使得两个偏振分量（O光和e光）在进入电光晶体之前产生π/2的位相差。

（3）选择合适的工作点。解调器解调出来的声音信号与发送端的声音信号是完全相同的。去掉λ/4波片调制器的工作点就不在V=Vπ/2附近了，也就是说调制器工作在T-V曲线的非线性区，解调器解调出来的声音就会失真或者完全听不到声音。当给电光晶体加上电压后，晶体的折射率及其他光学性能发生变化，改变了光波的偏振状态，因此圆偏振光变成了椭圆偏振光，再经过检偏器又成为线偏振光，光强被调制。

2. 实验结果。为了便于比较，实验光路中引出一路参考光，表征激光器未加电光调制时激光功率的变化情况，通过对上述稳功率系统进行运作、调试、测量，测得数据如图1。

三、结论

通过以上电光调制系统实验设计，证明了利用电光调制技术进行激光通信是可行的，而且这三种实验方法具有传输速度快，抗干扰能力强，保密性好，结构简单，成本低廉，易于实现等优点。随着经济和通信全球化、因特网的大量普及，人们对通信的要求越来越高，通信速度不仅要快而且质量要高。我们相信在信息时代的今天，光通信技术的发展速度将超越电技术，而且会有更加广阔的应用前景。