光子學(xué)與光電子學(xué) 教學(xué)課件 ppt 作者 原榮 第7章電光磁光聲光效應(yīng)及應(yīng)用

1、光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著1第第7章章 電光電光/磁光磁光/聲光效應(yīng)及應(yīng)用聲光效應(yīng)及應(yīng)用 7.1 電光效應(yīng)及器件電光效應(yīng)及器件 7.2 熱電效應(yīng)及熱光開關(guān)熱電效應(yīng)及熱光開關(guān) 7.3 磁光效應(yīng)及其器件磁光效應(yīng)及其器件 7.4 聲光效應(yīng)及其器件聲光效應(yīng)及其器件光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著27.1 電光效應(yīng)及器件電光效應(yīng)及器件 7.1.1 電光效應(yīng)電光效應(yīng) 7.1.2 電光調(diào)制器工作原理電光調(diào)制器工作原理 7.1.3 電光強(qiáng)度調(diào)制器電光強(qiáng)度調(diào)制器 7.1.4 電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制器 7.1.5 馬赫馬赫-曾德爾幅度調(diào)制器曾德爾幅度調(diào)制器 7.1.6 QPSK光調(diào)制器光調(diào)制器 7.

2、1.7 電光開關(guān)電光開關(guān)光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著37.1.1 電光效應(yīng)電光效應(yīng)電光效應(yīng)是外加電場引起各向異性晶體材料折射率改變的效應(yīng)。電光效應(yīng)是外加電場引起各向異性晶體材料折射率改變的效應(yīng)。對于一個入射偏振光，施加的電場強(qiáng)度對于一個入射偏振光，施加的電場強(qiáng)度E對折射率對折射率n的影響可用的影響可用E的泰勒級數(shù)表示的泰勒級數(shù)表示 （7.1.1） 式中，式中， 和和 分別表示線性電光效應(yīng)和二階電光效應(yīng)系數(shù)，由于分別表示線性電光效應(yīng)和二階電光效應(yīng)系數(shù)，由于高階項(xiàng)的影響很小，所以可以略去不計(jì)。由于第一項(xiàng)高階項(xiàng)的影響很小，所以可以略去不計(jì)。由于第一項(xiàng)E引起引起n的變的變化化 （7.1.2） 稱

3、為珀克（稱為珀克（Pockel）效應(yīng)，珀克電光效應(yīng)是各向異性的，并嚴(yán)格）效應(yīng)，珀克電光效應(yīng)是各向異性的，并嚴(yán)格取決于輸入光相對于材料軸線的取向。對于某個方向，取決于輸入光相對于材料軸線的取向。對于某個方向， = 0，稱，稱為線性電光效應(yīng)或珀克效應(yīng)。只有某些晶體材料表現(xiàn)為珀克效應(yīng)。為線性電光效應(yīng)或珀克效應(yīng)。只有某些晶體材料表現(xiàn)為珀克效應(yīng)。只有中心非對稱晶體，如只有中心非對稱晶體，如GaAs晶體，表現(xiàn)為珀克效應(yīng)。晶體，表現(xiàn)為珀克效應(yīng)。而由于第二項(xiàng)引起而由于第二項(xiàng)引起n的變化的變化 （7.1.3） 稱為克爾（稱為克爾（Kerr）效應(yīng)。式中，）效應(yīng)。式中，K是克爾系數(shù)。如果取向選擇是克爾系數(shù)。如果取向

4、選擇 = 0 ，稱為二階電光效應(yīng)或克爾效應(yīng)，所有的材料都表現(xiàn)為克，稱為二階電光效應(yīng)或克爾效應(yīng)，所有的材料都表現(xiàn)為克爾效應(yīng)。爾效應(yīng)。,2nnEEEn22EKEn光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著4圖圖7.1.1 外加電場對外加電場對各向同性各向同性晶體和晶體和各向異性晶體折射率的影響各向異性晶體折射率的影響 事實(shí)上，我們必須考慮沿晶體某個方向施加的電場，對光在給定傳輸事實(shí)上，我們必須考慮沿晶體某個方向施加的電場，對光在給定傳輸方向上的折射率的影響。方向上的折射率的影響。 在在LiNbO3晶體中，沿晶體中，沿z方向（光軸）傳輸?shù)墓獠?，不加外電場時，方向（光軸）傳輸?shù)墓獠?，不加外電場時，x方方向和向

5、和y方向經(jīng)歷相同的折射率（方向經(jīng)歷相同的折射率（nx= ny = no），不管偏振態(tài)如何變化，），不管偏振態(tài)如何變化，如圖如圖7.1.1（a）所示。）所示。 然而，在外加平行于然而，在外加平行于y軸的電場軸的電場Ea時，如圖時，如圖7.1.1（c）所示，外加電場）所示，外加電場引入沿引入沿z軸傳播的雙折射，即光以平行于軸傳播的雙折射，即光以平行于x和和y軸的兩個正交偏振態(tài)經(jīng)歷軸的兩個正交偏振態(tài)經(jīng)歷不同的折射率（和）沿著不同的折射率（和）沿著z軸方向傳播軸方向傳播 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著5珀克電光效應(yīng)調(diào)制器珀克電光效應(yīng)調(diào)制器 很顯然，改變外加電場（電壓），就可以控制很顯然，改變外加電

6、場（電壓），就可以控制折射率，進(jìn)而改變相位，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。折射率，進(jìn)而改變相位，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。 如果外電場與光傳播的方向相同，這種調(diào)制器如果外電場與光傳播的方向相同，這種調(diào)制器叫做縱向珀克電光效應(yīng)調(diào)制器，如圖叫做縱向珀克電光效應(yīng)調(diào)制器，如圖7.1.1（b）所示；所示； 反之，如果外電場與光傳播的方向垂直，這種反之，如果外電場與光傳播的方向垂直，這種調(diào)制器就叫做橫向珀克電光效應(yīng)調(diào)制器，如圖調(diào)制器就叫做橫向珀克電光效應(yīng)調(diào)制器，如圖7.1.1（c）所示，施加的外電場與）所示，施加的外電場與y方向相同，方向相同，光的傳輸方向沿著光的傳輸方向沿著z方向，外電場在光傳播方方向，外電場在光傳播方向的橫截面上

7、。向的橫截面上。 調(diào)制器通常利用線性電光效應(yīng)。調(diào)制器通常利用線性電光效應(yīng)。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著67.1.2 電光調(diào)制器工作原理電光調(diào)制器工作原理 電光調(diào)制基于晶體和各向異性聚合物中的線性電光調(diào)制基于晶體和各向異性聚合物中的線性電光效應(yīng)，即電光材料的折射率電光效應(yīng)，即電光材料的折射率n隨施加的外隨施加的外電場電場E而變化，而變化，n = n(E)，例如，例如LiNbO3、InGaAsP 、GaAs和聚合物這樣的電光材料，和聚合物這樣的電光材料，它的折射率明顯隨施加的外電場而改變，從而它的折射率明顯隨施加的外電場而改變，從而實(shí)現(xiàn)對激光的調(diào)制?；趯?shí)現(xiàn)對激光的調(diào)制?；贗nP材料的高速

8、光調(diào)材料的高速光調(diào)制器受到人們的重視，因?yàn)樗溺昕耍ㄖ破魇艿饺藗兊闹匾暎驗(yàn)樗溺昕耍≒ockel）電光效應(yīng)雖然比電光效應(yīng)雖然比LiNbO3的弱，但是它的折射的弱，但是它的折射率率n約為約為3.5，卻是較大的。，卻是較大的。 電光調(diào)制器是一種集成光學(xué)器件，即它把各種電光調(diào)制器是一種集成光學(xué)器件，即它把各種光學(xué)器件集成在同一個襯底上，從而增強(qiáng)了性光學(xué)器件集成在同一個襯底上，從而增強(qiáng)了性能，減小了尺寸，提高了可靠性和可用性。能，減小了尺寸，提高了可靠性和可用性。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著7圖圖7.1.2 橫向線性電光效應(yīng)相位調(diào)制器橫向線性電光效應(yīng)相位調(diào)制器 當(dāng)當(dāng)EY沿橫軸傳輸距離沿橫軸傳輸

9、距離 L 后，引起相位變化，于是后，引起相位變化，于是Ex 和和 Ey 產(chǎn)生的相位變化為：產(chǎn)生的相位變化為：UdLrnnLyx223o22光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著8橫向線性電光效應(yīng)相位調(diào)制器橫向線性電光效應(yīng)相位調(diào)制器 施加的外電壓在兩個電場分量間產(chǎn)生一個可調(diào)施加的外電壓在兩個電場分量間產(chǎn)生一個可調(diào)整的相位差，因此出射光波的偏振態(tài)可被施加整的相位差，因此出射光波的偏振態(tài)可被施加的外電壓控制。的外電壓控制。 可以調(diào)整電壓來改變介質(zhì)從四分之一波片到半可以調(diào)整電壓來改變介質(zhì)從四分之一波片到半波片，產(chǎn)生半波片的半波電壓波片，產(chǎn)生半波片的半波電壓U = U /2對應(yīng)對應(yīng)于于 。 橫向線性電光效應(yīng)

10、的優(yōu)點(diǎn)是我們可以分別獨(dú)立橫向線性電光效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是我們可以分別獨(dú)立地減小晶體厚度地減小晶體厚度 d 和增加長度和增加長度 L，前者可以增，前者可以增加電場強(qiáng)度，后者可引起更多的相位變化。加電場強(qiáng)度，后者可引起更多的相位變化。 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著97.1.3 電光強(qiáng)度調(diào)制器電光強(qiáng)度調(diào)制器 在圖在圖7.1.2（a）所示的相位調(diào)制器中，在）所示的相位調(diào)制器中，在相位調(diào)制器之前和之后分別插入相位調(diào)制器之前和之后分別插入5.2.2節(jié)節(jié)介紹的起偏器（介紹的起偏器（polarizer）和檢偏器）和檢偏器（Analyzer），我們就可以構(gòu)成強(qiáng)度調(diào)），我們就可以構(gòu)成強(qiáng)度調(diào)制器，如圖制器，如圖7.1

11、.3所示，起偏器和檢偏器所示，起偏器和檢偏器的偏振方向相互正交。起偏器偏振方向的偏振方向相互正交。起偏器偏振方向與與y軸有軸有45o角的傾斜，所以進(jìn)入晶體的角的傾斜，所以進(jìn)入晶體的Ex和和Ey光幅度相等。光幅度相等。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著10圖圖7.1.3 橫向線性電光效應(yīng)強(qiáng)度調(diào)制器橫向線性電光效應(yīng)強(qiáng)度調(diào)制器（a）在相位調(diào)制器之前和之后分別插入起偏器和檢偏器）在相位調(diào)制器之前和之后分別插入起偏器和檢偏器可構(gòu)成強(qiáng)度調(diào)制器可構(gòu)成強(qiáng)度調(diào)制器（b）探測器檢測到的光強(qiáng)和施加到晶體上的電壓的傳輸）探測器檢測到的光強(qiáng)和施加到晶體上的電壓的傳輸特性，虛線表示插入特性，虛線表示插入 /4波片后的特性

12、波片后的特性 圖中調(diào)制器的工作點(diǎn)已用光學(xué)的方法（在起偏器之后圖中調(diào)制器的工作點(diǎn)已用光學(xué)的方法（在起偏器之后插入一個四分之一波片）偏置到插入一個四分之一波片）偏置到Q點(diǎn)。點(diǎn)。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著11橫向線性電光效應(yīng)強(qiáng)度調(diào)制器工作原理橫向線性電光效應(yīng)強(qiáng)度調(diào)制器工作原理 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著12利用橫向線性電光效應(yīng)利用橫向線性電光效應(yīng)制成的行波馬赫制成的行波馬赫-曾德爾調(diào)制器曾德爾調(diào)制器PIC 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著137.1.4 電光相位調(diào)制器電光相位調(diào)制器 目前，大多數(shù)調(diào)制器是由鈮酸鋰目前，大多數(shù)調(diào)制器是由鈮酸鋰（LiNbO3）晶體制成的，這種晶體在某）晶

13、體制成的，這種晶體在某些方向具有非常大的電光系數(shù)。根據(jù)式些方向具有非常大的電光系數(shù)。根據(jù)式（7.1.5）可以構(gòu)成相位調(diào)制器，它是電）可以構(gòu)成相位調(diào)制器，它是電光調(diào)制器的基礎(chǔ)，通過相位調(diào)制，可以光調(diào)制器的基礎(chǔ)，通過相位調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制和頻率調(diào)制。實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制和頻率調(diào)制。 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著14圖圖7.1.4 x切割集成相位調(diào)制器切割集成相位調(diào)制器光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著157.1.5 馬赫馬赫-曾德爾幅度調(diào)制器曾德爾幅度調(diào)制器 最常用的幅度調(diào)制器是在晶體表面用鈦擴(kuò)散波最常用的幅度調(diào)制器是在晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫導(dǎo)構(gòu)成的馬赫-曾德爾（曾德爾（M-Z）干涉型調(diào)

14、制器，）干涉型調(diào)制器，如圖如圖7.1.5所示。所示。 在這種調(diào)制器中，使用兩個頻率相同但相位不在這種調(diào)制器中，使用兩個頻率相同但相位不同的偏振光波，進(jìn)行干涉，外加電壓引入相位同的偏振光波，進(jìn)行干涉，外加電壓引入相位的變化可以轉(zhuǎn)換為幅度的變化。在圖的變化可以轉(zhuǎn)換為幅度的變化。在圖7.1.5（a）表示的由兩個表示的由兩個Y形波導(dǎo)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，理想的形波導(dǎo)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，理想的情況下，輸入光功率在情況下，輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個分點(diǎn)平均分配到兩個分支傳輸，在輸出端支傳輸，在輸出端D干涉，所以該結(jié)構(gòu)扮演著干涉，所以該結(jié)構(gòu)扮演著一個干涉儀的作用，其輸出幅度與兩個分支光一個干涉儀的作用，其輸出幅度與兩

15、個分支光通道的相位差有關(guān)。通道的相位差有關(guān)。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著16圖圖7.1.5（a） 馬赫馬赫-曾德爾曾德爾幅度調(diào)制器幅度調(diào)制器光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著17商用商用相位調(diào)制器相位調(diào)制器 工作波長工作波長15251575 nm，插入損耗，插入損耗2.53.0 dB，消光比消光比 25 dB，回波損耗，回波損耗45dB，半波電壓，半波電壓50 dB)，插入損耗也小，插入損耗也小(0.1 dB)，但是這種，但是這種基于法拉第旋轉(zhuǎn)器和線性偏振片的隔離器不和基于法拉第旋轉(zhuǎn)器和線性偏振片的隔離器不和基于基于InP的半導(dǎo)體的半導(dǎo)體LD兼容，所以不能集成在一兼容，所以不能集成在一起

16、。起。 所以科學(xué)家們正在開發(fā)基于平面集成光路所以科學(xué)家們正在開發(fā)基于平面集成光路（PIC）的磁光波導(dǎo)器件。）的磁光波導(dǎo)器件。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著40磁光波導(dǎo)器件磁光波導(dǎo)器件 基于基于PIC的磁光波導(dǎo)器件具有非互易的特的磁光波導(dǎo)器件具有非互易的特點(diǎn)，成本低，體積小，穩(wěn)定性好，能與點(diǎn)，成本低，體積小，穩(wěn)定性好，能與其他器件在同一個基板上集成，適合大其他器件在同一個基板上集成，適合大批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。 隨著研究的深入和工藝的改進(jìn)，它的隔隨著研究的深入和工藝的改進(jìn)，它的隔離度會提高，插入損耗也會降低，相信離度會提高，插入損耗也會降低，相信不久的將來一定會從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入市場。不久的將來一定

17、會從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入市場。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著41集成光隔離器基本工作原理集成光隔離器基本工作原理 集成光隔離器基本工作原理是基于集成光隔離器基本工作原理是基于YIG磁光薄膜的磁光法拉第效應(yīng)磁光薄膜的磁光法拉第效應(yīng); 按按YIG磁光薄膜磁化方向的不同，光隔磁光薄膜磁化方向的不同，光隔離器可分為縱向型和橫向型兩類離器可分為縱向型和橫向型兩類; 縱向型是外加磁場方向平行于光的傳輸縱向型是外加磁場方向平行于光的傳輸方向方向; 橫向型是外加磁場方向垂直于光的傳輸橫向型是外加磁場方向垂直于光的傳輸方向。方向。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著42圖圖7.3.5 非互易相移非互易相移MZI型波導(dǎo)光

18、隔離器型波導(dǎo)光隔離器 該光隔離器基于馬赫該光隔離器基于馬赫-曾德爾干涉儀（曾德爾干涉儀（MZI）原理，在）原理，在GaInAsP/InP基片基片上也集成了一個激光器上也集成了一個激光器LD。首先將鐵柘榴石波片鍵合在馬赫。首先將鐵柘榴石波片鍵合在馬赫-曾德爾干曾德爾干涉儀波片上，該隔離器由兩個涉儀波片上，該隔離器由兩個Y形耦合器。形耦合器。 互易相移器由互易相移器由 /4臂長差提供。臂長差提供。MZI設(shè)計(jì)成在兩個臂中傳輸?shù)那跋蚬獠ㄔO(shè)計(jì)成在兩個臂中傳輸?shù)那跋蚬獠]有相差（同相），而后向傳輸?shù)墓獠ㄓ袥]有相差（同相），而后向傳輸?shù)墓獠ㄓ?80的相差（反相）。這可的相差（反相）。這可以選擇合適的以選擇合

19、適的MZI兩臂波導(dǎo)長度，引入兩臂波導(dǎo)長度，引入90的非互易相移和的非互易相移和90的互易的互易相移完成。相移完成。 因此，正向傳輸?shù)墓庠诔鲆虼?，正向傳輸?shù)墓庠诔鯵2分支處時的總相移為零，兩光相長干涉而增分支處時的總相移為零，兩光相長干涉而增強(qiáng)（見強(qiáng)（見7.1.5節(jié)節(jié)M-Z干涉幅度調(diào)制器）；干涉幅度調(diào)制器）； 而反向傳輸?shù)墓庠诔龆聪騻鬏數(shù)墓庠诔鯵1分支處時的總相移為分支處時的總相移為 ，兩光相消干涉而抵消。，兩光相消干涉而抵消。 這類器件無需精確的相位匹配和復(fù)雜的外加磁場控制，且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這類器件無需精確的相位匹配和復(fù)雜的外加磁場控制，且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，工藝制作簡單，更具有實(shí)際應(yīng)用價值。靈

20、活，工藝制作簡單，更具有實(shí)際應(yīng)用價值。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著437.3.5 光環(huán)行器光環(huán)行器 光環(huán)行器除了有多個端口外，其工作原光環(huán)行器除了有多個端口外，其工作原理與光隔離器類似，也是一種單向傳輸理與光隔離器類似，也是一種單向傳輸器件；器件； 主要用于單纖雙向傳輸系統(tǒng)和光分插復(fù)主要用于單纖雙向傳輸系統(tǒng)和光分插復(fù)用器中；用器中； 方向性一般大于方向性一般大于 50 dB。光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著44端口端口 1 輸入的光信號只有在端口輸入的光信號只有在端口 2 輸出，端口輸出，端口 2 輸入的光信號只有輸入的光信號只有在端口在端口 3 輸出。在所謂輸出。在所謂“理想理想”的

21、環(huán)行器中的環(huán)行器中, 在端口在端口 3 輸入的信號只輸入的信號只會在端口會在端口1輸出。但是在許多應(yīng)用中，這最后一種狀態(tài)是不必要的。輸出。但是在許多應(yīng)用中，這最后一種狀態(tài)是不必要的。因此，大多數(shù)商用環(huán)行器都設(shè)計(jì)成因此，大多數(shù)商用環(huán)行器都設(shè)計(jì)成“非理想非理想”狀態(tài)，即吸收從端口狀態(tài)，即吸收從端口 3 輸入的任何信號，方向性一般大于輸入的任何信號，方向性一般大于 50 dB。圖圖7.3.6 光環(huán)行器光環(huán)行器-用于單纖雙向傳輸系統(tǒng)用于單纖雙向傳輸系統(tǒng)光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)1 1光光發(fā)發(fā)射射機(jī)機(jī)2 2光光接接收收機(jī)機(jī)1 1光光環(huán)環(huán)形形器器光光環(huán)環(huán)形形器器光光接接收收機(jī)機(jī)2 21 12 23 31 12 23

22、 3光光纖纖光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著45圖圖7.3.7 光環(huán)行器原理圖光環(huán)行器原理圖 由偏振分光由偏振分光/合光器、光隔離器、相位延遲器構(gòu)成；合光器、光隔離器、相位延遲器構(gòu)成； 光環(huán)行器的插入損耗一般為光環(huán)行器的插入損耗一般為0.51.5 dB，反射損耗和，反射損耗和方向性均大于方向性均大于50 dB。 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著46圖圖7.3.8 光分插復(fù)用器（光分插復(fù)用器（OADM） 在在WDM網(wǎng)絡(luò)中，需要網(wǎng)絡(luò)中，需要OADM，在保持其他信道傳輸不變，在保持其他信道傳輸不變的情況下，將某些信道取出而將另外一些信道插入。的情況下，將某些信道取出而將另外一些信道插入。 圖圖7

23、.3.8b為可編程分插復(fù)用器，通過對光纖光柵調(diào)諧取出所為可編程分插復(fù)用器，通過對光纖光柵調(diào)諧取出所需要的波長，而讓其他波長信道通過。需要的波長，而讓其他波長信道通過。 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著477.4 聲光效應(yīng)及其器件聲光效應(yīng)及其器件 7.4.1 聲光效應(yīng)及聲光濾波器聲光效應(yīng)及聲光濾波器 7.4.2 聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器 7.4.3 聲光開關(guān)聲光開關(guān)光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著487.4.1 聲光效應(yīng)及聲光濾波器聲光效應(yīng)及聲光濾波器 晶體折射率的周期性變化，不但可由施加的電晶體折射率的周期性變化，不但可由施加的電場（波）引起，而且也可以由施加的聲場（波）場（波）引起，而且也可

24、以由施加的聲場（波）引起，前者稱為電光效應(yīng)（見引起，前者稱為電光效應(yīng)（見7.1.1節(jié)），后者節(jié)），后者則稱為聲光效應(yīng)。則稱為聲光效應(yīng)。 聲波是一種彈性波（縱向應(yīng)力波），在介質(zhì)中聲波是一種彈性波（縱向應(yīng)力波），在介質(zhì)中傳輸時，它使介質(zhì)密度產(chǎn)生局部的密集和疏松，傳輸時，它使介質(zhì)密度產(chǎn)生局部的密集和疏松，發(fā)生相應(yīng)的彈性形變，使折射率產(chǎn)生周期性的發(fā)生相應(yīng)的彈性形變，使折射率產(chǎn)生周期性的變化，這就相當(dāng)于一個光柵，該光柵間距等于變化，這就相當(dāng)于一個光柵，該光柵間距等于聲波波長。當(dāng)光波通過這種光柵時，同樣也會聲波波長。當(dāng)光波通過這種光柵時，同樣也會發(fā)生光的衍射，衍射光的傳輸方向、偏振、頻發(fā)生光的衍射，衍射光

25、的傳輸方向、偏振、頻率和強(qiáng)度都隨聲波的變化而變化。率和強(qiáng)度都隨聲波的變化而變化。 聲光濾波器光柵由聲波動態(tài)產(chǎn)生，聲波又由施聲光濾波器光柵由聲波動態(tài)產(chǎn)生，聲波又由施加在壓電晶體（如）上的射頻信號產(chǎn)生。加在壓電晶體（如）上的射頻信號產(chǎn)生。 光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著49圖圖7.4.1 聲光調(diào)諧濾波器（聲光調(diào)諧濾波器（AOTF）AOTF基于光彈性效應(yīng)的布拉格原理，即通過聲光材料傳輸?shù)穆暡ɑ虺暡ㄐ呕诠鈴椥孕?yīng)的布拉格原理，即通過聲光材料傳輸?shù)穆暡ɑ虺暡ㄐ盘柈a(chǎn)生隨聲波幅度周期性變化的應(yīng)力，使該材料的密度發(fā)生周期性的變化，相號產(chǎn)生隨聲波幅度周期性變化的應(yīng)力，使該材料的密度發(fā)生周期性的變化，相

26、當(dāng)于使折射率當(dāng)于使折射率n產(chǎn)生周期性的變化，其結(jié)果是聲波產(chǎn)生了可以對光束衍射的光柵，產(chǎn)生周期性的變化，其結(jié)果是聲波產(chǎn)生了可以對光束衍射的光柵，只有滿足布拉格條件的波長才能通過濾波器，因此對波長具有選擇性。只有滿足布拉格條件的波長才能通過濾波器，因此對波長具有選擇性。聲波引起折射率的周期性變化可表示為聲波引起折射率的周期性變化可表示為（7.4.1） 式中式中S是聲波信號產(chǎn)生的應(yīng)力，是聲波信號產(chǎn)生的應(yīng)力，p是光彈性系數(shù)。是光彈性系數(shù)。pSn21光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著50圖圖7.4.1 聲光聲光調(diào)諧調(diào)諧濾波濾波器）器） 射頻調(diào)制信號通過電極施加在壓電晶體上，壓電效應(yīng)使晶體表面產(chǎn)生應(yīng)力，從

27、而射頻調(diào)制信號通過電極施加在壓電晶體上，壓電效應(yīng)使晶體表面產(chǎn)生應(yīng)力，從而產(chǎn)生表面聲波（產(chǎn)生表面聲波（SAW），其作用是使光偏振態(tài)從），其作用是使光偏振態(tài)從TE橫電模轉(zhuǎn)化到橫電模轉(zhuǎn)化到TM橫磁模橫磁模 ； 入射入射WDM信號中的信號中的 m信號，被第一個偏振分光器分割成兩個正交的偏振成分，信號，被第一個偏振分光器分割成兩個正交的偏振成分，即橫電模即橫電模TE和橫磁模和橫磁模TM，分別在，分別在AOTF的上臂和下臂傳輸，因?yàn)樗鼈儩M足布拉的上臂和下臂傳輸，因?yàn)樗鼈儩M足布拉格（諧振）衍射條件格（諧振）衍射條件 （7.4.2） 所以發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，即上臂的所以發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，即上臂的TE模轉(zhuǎn)換成模轉(zhuǎn)換成TM模，下臂的模，下臂的TM模轉(zhuǎn)換成模轉(zhuǎn)換成TE模，然模，然后由偏振合光器合波，在輸出端后由偏振合光器合波，在輸出端3輸出。輸出。 其他波長的信號由于沒有滿足布拉格（諧振）衍射條件，則不會發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，其他波長的信號由于沒有滿足布拉格（諧振）衍射條件，則不會發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，在端口在端口4輸出。輸出。n m光子學(xué)與光電子學(xué) 原榮 邱琪 編著517.4.2 聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器如果如果 滿足式（滿足式（7.4.4），入射光束將產(chǎn)生衍射。簡單地選擇聲波波長），入射光束將產(chǎn)生衍射。簡單地選擇聲波波長 ，使入射光束發(fā)生，