[其他]一種超高頻電光調制器或解調器

無效

• 申請號: 85104407
• 申請日: 1985-06-11
• 公開（公告）號: CN85104407A
• 公開（公告）日: 1986-07-02
• 發明（設計）人: 古平北;孫照煒;朱成章
• 申請（專利權）人: 國家地震局地震研究所
• 主分類號: G02F2/00
• 分類號: G02F2/00
• 代理公司: 中國法律事務公司
• 代理人: 劉毅,黃瑞棠

本發明是在超高頻段內對激光或普通光源進行調制和解調的多功能器件。

本發明旨在解決超高頻電光調制器中晶體功耗過大的問題。利用KDP或DKDP晶體的PocKels效應，在超高頻頻率下對光進行調制。以往的技術（US????3200698）常常采用磁控管作為激勵源，后來采用陶瓷三極管作為有源激勵器件。但因調制頻率在超高頻段，欲想達到高的調制度，電光晶體消耗的電功率大，這就給超高頻激勵功率源的制作帶來困難。

本發明的任務是研制在頻率為500-600MHZ內實現連續可調的、高調制度的電光調制器與解調器，降低了電光晶體的半波電壓，減少了電功率的消耗。

如附圖所示，令此同軸型諧振腔工作在TEM模，同時把晶體放在腔內的外導體（7）和內導體（9）之間的高阻抗區內，并令晶體光軸與電場方向E平行，每組晶體之間的X軸彼此成90°，即晶體（2）、（4）分別相對于晶體（1）、（3）繞光軸旋轉90°。這樣，晶體在光路上等效為串聯，在電路上等效為并聯。從而使調制電壓降低一半，功耗將減少一半（腔內晶體數由兩組兩塊，增加到兩組四塊）或減少 3/4 倍（腔內的晶體數為兩塊，但分別擔任調制與解調功能的晶體，按圖1排成光路上串聯，使這組晶體同時實現光的調制與解調。）對于分立的兩組（四塊）晶體而言（見圖2）。用于解調的第Ⅱ組晶體（3）、（4）的光軸方向與實現光調制的第Ⅰ組晶體（1）、（2）的光軸方向，相對于入射線的偏振光的傳播方向而言，彼此相差π。

本發明的要點，概述如下：

1.腔體參數選擇

由微波長線理論可知，當傳輸線的電納與晶體的電納共軛時，則諧振。同時由于在腔內高阻抗區內、外導體之間放進了大介電常數的電光晶體，可以認為諧振腔內橫截面如同用同樣厚度為d的晶體等效，那么其共振長度（即內導體長度l）為：

式中Λ、ε_r分別代表超高頻段的無線電波在真空中的波長、晶體的相對介電常數。同時必須兼顧功率與電壓負載以及抑止高次模的產生，對內、外導體的直徑選取適當值，使腔工作在TEM模。

2.眾所周知，對稱點群42m類電光晶體KDP（KH₂PO₄）、DKDP（KD₂PO₄），如果在晶體中加一電場，令其電場方向E與晶體的光軸方向Z平行時，經過坐標變換，可得到方程：

X′²( 1/(n₀) +γ₆₃E_Z)+y′²( 1/(n₀) -γ₆₃E_Z)+ (Z²)/(n_e) =1

式中n_o、n_e、γ₆₃、E_z分別代表在晶體中O光折射率、e光折射率、晶體的電光系數、電場在z方向的分量。由此方程可知，當兩個晶體均是Z切割時，其中一塊晶體中的感應軸X′軸與y′軸互換位置，總的位相延遲加倍，換言之，晶體的半波電壓減少一半。

3.晶體采用園柱形電極，在晶體中的電場分布比較均勻，同時與內導體的接觸采用球形結構，實現良好的電接觸。

4.采用本發明的方法和技術后，可使晶體消耗的超高頻電功率減少到原來的 1/2 或 1/4 。在電光晶體內消耗的峰值功率P_峰為：

P_峰＝2πf·c·v²·tgδ

式中f、c、v、tgδ分別為調制頻率、晶體電容、晶體的半波電壓、晶體損耗角正切值。由此式可知：

①當晶體的半波電壓V減少一半，而晶體電容C增加一倍（腔內晶體數由一組兩塊變為兩組四塊，由兩組晶體分別擔任光的調制與解調功能）時，在晶體內消耗的電功率將減少一半;

②當晶體的半波電壓V減少一半，而腔內晶體數不變，其C也不變，則在電光晶體內的功耗將降至原來的 1/4 。顯見，將使超高頻（500-600MHZ）激勵源制造的難度大為減小，改善了腔體工作條件，可提高器件的穩定性與可靠性，它可應用于高精度激光測距、激光通信、激光鎖模等方面。

圖1為超高頻電光調制器或解調器示意圖。這是由內導體9和外導體7組成的他激式同軸型諧振腔，1、2為電光晶體（KDP或DKDP）。用微波陶瓷三極管10在腔內激發強的超高頻信號，用活塞塊8和調諧棒6組成的阻抗調諧機構實現頻率的粗調，5為頻率微調機構。

圖2為實施該發明的模擬試驗方框圖。入射光通過起偏器P₁后變為線偏振光，穿過調制晶體1、2后變成橢園偏振光，被調制的光束射向遠方可移動棱鏡11。然后經過三個轉向直角棱鏡，再次進入諧振腔通過晶體3、4后，穿過與起偏器P₁的振動方向垂直的檢偏器P₂后，到達光電倍增管PM。當移動棱鏡11時，在示波器12上可以觀察到被解調的信號。