电光调制器

电光器件是利用电场对光进行超高速、精密控制的利器。它以电光效应为物理基础，以电光调制器为典型代表，成为了现代高速光纤通信、超快激光技术和前沿科学研究中不可替代的核心元件。其最大特点是速度极限高，但成本和驱动复杂性也相对较高。它与声光器件在功能和应用上形成互补，共同构成了光电技术领域的两大支柱。

核心原理：电光效应

电光效应是指某些晶体的折射率随外加电场发生变化的物理现象。它主要分为两种：

线性电光效应（普克尔效应）

• 描述：折射率的变化量（Δn）与外加电场强度（E）成正比，即 Δn ∝ E。

• 特点：这是绝大多数实用电光器件的基础。需要没有中心对称性的晶体才能产生此效应，如磷酸二氘钾（KD*P）、铌酸锂（LiNbO₃）、钽酸锂（LiTaO₃）和砷化镓（GaAs）等。

• 类比：就像一个可以用电压精确控制其“透明度”或“双折射”状态的窗口。

二次电光效应（克尔效应）

• 描述：折射率的变化量与外加电场强度的平方成正比，即 Δn ∝ E²。

• 特点：所有物质都存在克尔效应，但在液体（如硝基苯）和某些晶体中更为显著。其效应通常比线性效应弱，应用相对较少。

通过改变折射率，可以实现多种功能：

• 相位调制：改变光波的传播相位。

• 强度调制：通过干涉或改变偏振态来控制光强。

• 偏转：通过制造梯度变化的折射率分布来使光束偏转。

应用领域

• 光纤通信系统：是高速长距离通信的核心引擎，用于将电数据流调制到光载波上，速率可达100 Gb/s甚至更高。

• 激光脉冲成型：用于产生皮秒（ps）或飞秒（fs）级的超短激光脉冲。

• 量子光学：用于制备和操控量子态。

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