光纤通信基础复习题及答案

17．电光效应？普克尔效应？克尔效应？

电光效应 指介质的光参数—折射率n随外加电场强度E的变化而变化的现象。即n是E的函数。为讨论方便，常采用一个叫做介电抗渗系数η的参数表示。η与n的关系为：

η=ε0/ε=1/n2 （4-91） η会随外加电场强度E的变化而变化，即η是E的函数.二者之间的关系可用下式表示:

η(E)= η(0)+ γE + ξ E2 (4-92)

上式为电光效应数学表达式。

第一项η(0) = 1/n2，是未加外电场时的介电抗渗系数值，n是未加外电场时的折射率。

第二项γE表明η与外加电场E呈线性关系，叫普克尔电光效应，相应的系数γ叫线性电光系数。

第三项ξ E2表明η与外电场E的平方成正比，叫做克尔电光效应，相应的系数ξ叫非线性电光系数。

对普克尔材料，其η(E)的表达式简化为

η(E) =η(0) + γE =η(0) + ⊿η (4-93) 其中 ⊿η = γE 由⊿η可求出相应的⊿n值.

⊿η = 1 /（n +⊿n）2 - 1 / n2

≈ -2⊿n/n3 (4-94) 故

⊿n = - n3⊿η/2 = - n3γE/2 (4-95) 那末

n(E) = n + ⊿n = n(1- n2γE/2) (4-96) n 是未加电场时的晶体折射率 ⊿n是加电场后的晶体折射率变化

可见，n(E)也是外加电场的线性函数。当信号电场作为外加电场而变化时，介质的折射率也随着发生线性变化。 18．体块型相位调制器的结构及工作原理？

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体块型电光相位调制器如图所示。 光轴 (a) 纵向调制 (b)横向调制 图4-41 体相位调制器

L L ｂV V 在一块电光晶体的横向或纵向通过电极加上调制电压V，便在晶体中产生电场强度E。由普克尔效应知，在此电场的作用下，晶体的折射率发生变化：

n(E) = n + ⊿n = n(1- n2γE/2) 当光波通过此晶体时，经受的位相变化为：

Φ = k0 n(E) L = L ×n(1- n2γE/2) ×2π /λ0 =2πn L/λ式中：

λ

0 为光波波长；

0 - πn3γ

LE /λ0

= Φ（0）- π n3γLE/λ0 (4-97)

Φ（0）= 2π n L/λ0，是未加电场时的相位。

上式表明:光波相位与信号电场强度E成正比，受到了信号电场的调制。

电场强度E和电压V的关系如下： 根据外加电压方式不同其关系式不同

横向相位调制：外加电场的方向垂直于光波的传播方向。E和V的关系：

E = V/d 横向调制器 (4-98) 纵向相位调制：外加电场的方向平行于于光波的传播方向。E和V的

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关系：

E = V/L 纵向调制器 (4-99) 半波电压Vπ： 相位变化π时所需加的电压。

将Vπ代入（4--97）:

Φ= Φ（0）- π n3γLE/λ0

可得:

Φ = Φ（0）- πV/Vπ (4-100) 则：

横向调制器的半波电压 Vπ = dλ0 /γ n3L (4-101) 纵向调制器的半波电压 Vπ =λ0 /γn3 (4-102) 19. 何谓相位调制器的半波电压？推导横向相位调制器的半波电压的表达公式？

半波电压Vπ： 它定义为: 相位变化π时所需加的电压。

推导横向相位调制器的半波电压表达公式：Vπ = dλ0 /γ n3L

横向相位调制器的相位变化表达式为：

Φ= Φ（0）- π n3γLV/dλ0

根据定义

π n3γLVπ/dλ

纵向相位调制器的相位变化表达式为：

Φ= Φ（0）- π n3γV/λ0

根据定义

π n3γVπ/λ

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0 =π 0 =π

Vπ = dλ0/n3γL

Vπ=λ0/n3γ

20. 波导型M-Z干涉强度调制器的结构及工作原理？

波导型M-Z干涉仪强度调制器如图所示。

图：波导型M-Z干涉仪强度调制器

调制光 0输入光 V调制电极 波导型马赫-泽德干涉仪 波导型马赫-泽德（M-Z）干涉仪强度调制器应用了两个Y形分支作为分波器与合波器。由输入光纤送来的输入光强度为Ii，在输入Y分支按1：1的比例分成两束光信号, 通过干涉仪的两臂，并在一个臂上进行相位调制，两臂的输出强度各为Ii/2，但两束光信号产生了相位差,其大小为Φ，则调制器输出端的光强为:

IO = Iicos2(Φ/2) (4-103) 传输系数为:

τ= IO / Ii =cos2(Φ/2) (4-104) 设两臂的相位各为Φ1，Φ2，由于臂1中有相位调制，故

Φ1 = Φ1（0）－ π V / Vπ (4-105) Φ1（0）是未加调制电压时的相位。 那末, 两臂的相位差为:

Φ = Φ1－Φ2 = Φ（0）－π V / Vπ (4-106) 第一项Φ（0）=Φ1（0）－ Φ2是未加电压时两臂的相位差，为常数。 第二项由调制电压引起，因而Φ正比于电压V。 传输系数为：

τ（V）= cos2[Φ（0）/2－π V /2 Vπ] (4-107)

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