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电光调制器的原理及类型

电光调制器（EOM）作为光纤链路里必不可少的器件，其性能的优劣严重影响着系统信号的发射和接收。

电光调制器是通过电子控制信号来控制激光光束的功率、相位和偏振。它通常包含一个或两个普克尔斯盒，有时可能还包含一些其它的光学元件，例如偏振器。下图给出了不同类型的普克尔斯盒。其工作原理是线性电光效应（也称为普克尔斯效应），即电场引起非线性晶体中的折射率变化与场的强度成正比。

能够引起相位变化为π的电压称为半波电压（Vπ）。对于一个普克尔斯盒，它的值通常为几百甚至几千伏，因此需要一个很高电压的放大器。

采用一个合适的电子回路可以在几纳秒内开关如此大的电压，因此EOMs可以用作快速的光开关。在其它情况下，只需较小的电压进行调制就足够了，例如，只需要很小的振幅或者相位调制。

电光调制器的类型：

相位调制器

最简单的电光调制器为只包含一个普克尔斯盒的相位调制器，其中电场（通过电极施加到晶体上）改变激光光束进入晶体后的相位延迟。入射光束的偏振状态通常需要与晶体的一个光轴平行，这样光束的偏振态不会发生变化。

有些情况下只需要很小的相位调制（周期性的或者非周期性的）。例如，通常采用EOM来控制和稳定光学谐振腔的谐振频率。共振调制器通常用在需要周期性调制的情形，这时只需中等强度的驱动电压就能得到很大的调制深度。有时调制深度很大，光谱中会产生很多旁瓣（光梳产生器，光梳）。

偏振调制器

根据非线性晶体的类型和指向不同，以及实际电场方向的不同，相位延迟也与偏振方向有关。因此普克尔斯盒可以看多电压控制的波片，它还可以用来调制偏振态。对于线偏振的输入光（通常与晶体轴有45°的夹角），输出光束的偏振态通常为椭偏振，而不是简单的由原来的线偏振光旋转了一定的角度。

振幅调制器

如果与其它光学元件结合起来，尤其是与偏振器结合后，普克尔斯盒可以用作其它种类的调制。下图中的振幅调制器是利用普克尔斯盒改变偏振态，然后采用偏振器将偏振态的改变转化成透射光振幅和功率的变化。

光开关也是一种调制器，其中透射为开或者关的状态，而不是逐渐变化的。这种光开关可以用作脉冲拾取器，从一列超短脉冲中选择一定的脉冲，或者在倾腔激光器和正反馈放大器中。

热补偿装置

如果需要在两偏振方向之间引入相对相位变化，那么热学影响就会对结果产生影响。因此，电光调制器通常包含两个匹配的普克尔斯盒，这样其相对相移随温度的变化可以相互抵消。也有的结构中包含四块晶体，具有严格相同的长度，抵消了双折射效应和空间游走。还有很多种类型的多晶体设计，取决于采用的材料和实际需要。

行波调制器

在很高调制带宽的情况下，例如，在GHz范围内，通常采用集成光学行波调制器。这里，电子驱动信号产生电磁波（微波）在与光束方向相同的电极间传播。理想情况下，两波的相速度是匹配的，因此即使频率非常高且电极长度对应几个微波波长的情况下，也可以得到足够的调制。

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什么是磁调制器？原理及误差构成有哪些部分？

磁调制器这种迄今已有四十年历史的古老器件，近年来愈益受到人们的广泛重视。基于磁调制器原理的磁门磁强计，自三十年代问世以来,在矿业开发、工业生产、科学研究及军事技术等领域里一直获得广泛应用。目前,尽管基于量子跃迁现象的各种新型磁强计(如核旋磁力仪、光泵磁强计及超导磁强计)具有高的分辨能力，但由于磁门磁强计具有体积小、重量轻、耗电省、量限低、耐震性好、适于高速运动使用、能给出连续记录输出、容易测出合成场的各个分量以及结构简单、使用方便等一系列无与伦比的优点,仍被广泛装进各种飞行器用来测量近地及空间磁场,为资源普查、导弹发射及航夭技术等事业提供大量数据资料。

随着光伏发电、电动汽车等新兴产业的蓬勃发展和新能源技术应用的不断推广，光伏发电并网、电动汽车充电站、微电网等众多直流系统将会得到大量应用，而这些直流系统经常是高度非线性的，这给测试和计量工作带来了严重的挑战。为了解决这些系统直流测试中带来的新问题，有必要研制出更高稳定性、更高精度的电流传感器，基于磁调制原理的电流传感器就是磁调制器其中一种。

一、磁调制器原理

在一个铁芯中同时绕制直流电流与交流电流，电流产生的磁场可以让铁芯交替进入饱和状态，由于铁芯材料的B-H曲线是对称非线性曲线，交流电流可以让铁芯的感应电压中产生激励的高次谐波，当铁芯中绕制的直流电流为零时，铁芯的感应电压中只存在奇次谐波;当直流电流不为零时，感应出的电压不只含有奇次谐波也含有偶次谐波。其中偶次谐波的幅值和相位与被测电流的大小和方向有关，因此可以用偶次谐波来表示被测电流。

磁调制器原理图

We为激励绕组， Ws为信号绕组， WD为检测绕组，激励绕组根据信号源的不同还分为三角波恒流源、方波恒流源和正弦波恒流源，激励绕组要求We*Ie足够大，要大于Hs，以确保铁芯能够进入充分饱和状态。

铁芯的磁滞曲线

二、磁调制器的零误差

磁调制器零误差包含零点漂移和零位偏置，零点漂移是磁通门的输出电压在一段时间内的误差情况，是误差对时间的函数；而零位偏置是磁通门在不同温度下输出的误差情况，是误差对温度变化的函数。对于磁调制器而言，当无信号输入时，其检测线圈也会有极小数值的输出，这就是我们所说的零位偏置。通过激励线圈的调节以及电位器的调节，可以减小这部分零位偏置。

1.磁调制器固有的零误差

磁调制器的固有零误差主要是由铁芯的磁滞损耗带来的，根据磁滞回线的形状可以看出，铁芯正向饱和与反向饱和的进程不是对称的，这是磁调制器固有零误差的主要来源。

2.磁调制器外部的零误差

磁调制器外部零误差主要是指由于电路或者外部环境干扰下造成的磁调制器的误差。具体分析而言，主要包括两部分：一是激励线圈中的源本身不可能是完美的奇谐函数，总会存在不对称的偶次谐波分量；二是外部环境总是存在弱小的杂散磁场，其也会产生偶次谐波分量。