自由空間激光通信系統(tǒng)以大氣為傳輸介質來傳輸激光信號，只要保證激光發(fā)射，接收端之間無遮擋路徑以及足夠高的光發(fā)射功率，就可以用來通信。它結合了光纖通信和射頻通信的優(yōu)點，還不需要鋪設光纖，傳遞信息量大，傳輸距離遠，易于保密等特點，具有廣闊發(fā)展前景和重要研究價值。

一、電光調制器

激光調制技術就是把想要傳遞的信息加載到激光輻射的技術，激光調制分為內調制和外調制兩種，內調制指加載調制信號在激光振蕩的過程中進行，以調制信號的變化規(guī)律去改變振蕩的參數(shù)，從而改變激光輸出特性而實現(xiàn)調制。外調制指加載調制信號在激光形成后進行，調制器處在激光諧振腔外部，當輸出激光通過它后就會調制。外調制不改變激光器本身的性能，而且，調制帶寬范圍更大，相對會受到人們重視的。

激光外調制的方法根據(jù)調制器原理不同常分為電光調制、聲光調制、磁光調制、直接調制等。在大功率、高速率的激光通信中，電光調制技術尤為常用，電光調制技術是實現(xiàn)大功率、高速率的激光通信的關鍵技術之一，從物理意義上說，電光調制器并沒有利用任何的放大現(xiàn)象或非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，可以理解為無源元件，因而加上某些附屬電路和電源組成的電光調制驅動器對電光調制器的使用起決定性作用。

二、鈮酸鋰電光調制器的工作原理

鈮酸鋰晶體具有一個三角晶體結構，有比較大的熱電、壓電、電光和光電常數(shù)等特性。鈮酸鋰晶體已廣泛應用于聲波轉換器、聲波遲緩器、聲波過濾器、光放大調制器等裝置。電光調制的物理基礎是電光效應，就是對鈮酸鋰晶體施加電場時，晶體的折射率發(fā)生改變的效應。有些晶體內部由于自發(fā)極化存在著固有電偶極矩，當對這種晶體施加電場時，外電場使晶體中的固有偶極矩的取向傾向于一致或某種優(yōu)勢取向，因此必然改變晶體的折射率，即外電場使晶體的光率體發(fā)生變化。

電光晶體位于起偏鏡和檢偏鏡之間，在未施加電場時，起偏鏡和檢偏鏡相互垂直，自然光通過起偏鏡后被檢偏鏡擋住不能通過。施加電場時，光率體變化，光便能通過檢偏鏡。通過檢偏鏡的光的強弱由施加于晶體上的電壓的大小來控制，即通過控制電壓來實現(xiàn)對光強弱調制的目的。電光效應包括克爾效應和泡克耳斯效應。

波導電光調制器利用晶體介質的泡克耳斯效應使介質的介電張量產(chǎn)生微小的變化來產(chǎn)生相差，但由于波導調制器基本上只是對很小的包膜區(qū)施加外電場，將場限制在薄膜區(qū)附近，因此它需要的驅動功率不是很大，波導電光調制器為了利用最大的電光系數(shù)，常使外加電場取Z向，為了避免雙折射效應，光波的偏振方向與外加電場一致，這樣不會出現(xiàn)非對角的張量變化，當工作模式為單模傳輸，可以不考慮模式間的耦合問題。

常見的鈮酸鋰調制器主要是M-Z干涉儀型調制器，其工作原理是輸入光波經(jīng)過Y分束器時，光波能量被平均分配到上下兩個調制臂中，通過電信號產(chǎn)生的電場改變晶體的折射率，從而改變上下兩波導的相位，使其經(jīng)過Y形合束器時發(fā)生光的干涉，從而實現(xiàn)輸出端光強的0-1分布，實現(xiàn)對光波的調制。這種結構調制器對波長依賴性小，具有很多優(yōu)點。

(a) M-Z型電光調制器

(b) 鈮酸鋰電光調制器示意圖

三、Ixblue 2um鈮酸鋰電光調制器測試及其產(chǎn)品參數(shù)

鈮酸鋰電光調制器測試光路實物圖

我們使用一臺上海筱曉的可調諧的2004m中紅外DFB激光器，2um的鈮酸鋰電光調制器，索雷博的探測器，EOT5000F探測器，泰克的信號發(fā)生器和示波器以及連接跳線若干，進行測試調制器對光調制功能：

1.我們搭建以上光路，測量2004nm DFB激光器的輸出功率為1.6mW,然后連接到鈮酸鋰調制器的光輸入端，光輸出端連接到索雷博的功率計上，測量光功率輸出值為0.5mW。

2.然后把光輸出端連接至EOT5000F的探測器上，連接探測器到示波器上，再把鈮酸鋰調制器的RF端口連接到信號發(fā)生器上。

3.通過調節(jié)信號發(fā)生的波形，電壓幅值，頻率大小，在示波器上觀察調制的波形變化，結果如下所示：

給ixblue 2um鈮酸鋰調制器RF端加載正弦波

RF加載8V,50KHz的正弦波

RF加載8V,100KHz的正弦波

RF加載8V,1MHz的方波

給ixblue 2um鈮酸鋰調制器RF端加載三角波

RF加載8V,50KHz的三角波

RF加載8V,100KHz的三角波

RF加載8V,800KHz的三角波

我們通過調整鈮酸鋰調制器的RF加載波形的頻率電壓，電壓的增大，會使波形幅值增大一點，隨著外加頻率的變大，調制器調制波形的頻率也隨著越來越快，且不失真，可以很方便的對激光進行調制，具有很好可靠性。

四、Ixblue 2um鈮酸鋰電光調制器產(chǎn)品信息

• 低驅動電壓

• 背向光反射

• 獨立偏置電極

• 零啁啾

• 優(yōu)異的長期穩(wěn)定性

Ixblue 2um鈮酸鋰電光調制器參數(shù)：

產(chǎn)品應用：

• 脈沖產(chǎn)生

• 光纖傳感系統(tǒng)

• 模擬傳輸

• 激光雷達