定义
基于电光效应的光调制器。
电光调制器（EOM）（或电光调制器）是一种可用于控制功率（→强度调制器），相位（→相位调制器）或光偏振与电控制信号的设备。 它通常包含一个或两个Pockels单元，以及可能的其他光学元件，例如偏振器。 不同类型的Pockels细胞如图1所示，并在Pockels细胞文章中进行了更详细的描述。 工作原理基于线性电光效应（也称为Pockels效应），即通过电场与场强成比例的非线性晶体的折射率的改变。
大多数EOM使用自由空间激光束操作，但也有光纤耦合调制器，其中Pockels单元放置在两个光纤准直器之间。 此类器件的插入损耗通常约为 4 dB，并且只能处理有限的功率电平，例如 50 mW。
EOM常用的非线性晶体材料是磷酸二氘钾（KDP = DKDP），磷酸钛钾（KTP），β-硼酸钡（BBO）（后者用于更高的平均功率和/或更高的开关频率），以及铌酸锂（LiNbO*3）、钽酸锂（LiTaO3）和磷酸二氢铵（NH4H2PO4 ，ADP）。 除了这些无机电光材料外，还有用于调制器的特殊极化聚合物。
图1：各种类型的波克尔斯细胞。
诱导π相变所需的电压称为半波电压 (Vπ). 对于Pockels电池，它通常是数百甚至数千伏，因此需要高压放大器。 合适的电子电路可以在几纳秒内切换如此大的电压，允许使用EOM作为快速光开关；由于Pockels电池的电容，此类驱动器需要提供大量电流（应将其最小化以实现快速开关或调制）。 在其他情况下，较小电压的调制就足够了，例如，当只需要小幅度或相位调制时。
除了上述块式调制器外，还有光辐射被波导限制的调制器。 这种装置可以实现，例如在铌酸锂（LiNbO）上3），具有很大的电光系数。 由于电极距离小，这种设备可以在相对较低的电压下工作，并且它们还可以允许相当高的调制频率。
电光调制器的类型
相位调制器
最简单的电光调制器类型是仅包含Pockels单元的相位调制器，其中电场（通过电极施加到晶体上）改变通过晶体发送的激光束的相位延迟。 输入光束的偏振通常必须与晶体的光轴之一对齐，这样偏振状态就不会改变。
许多应用只需要小的（周期性或非周期性）相位调制。 例如，当使用EOM监测和稳定光学谐振器的共振频率时，通常就是这种情况。 谐振调制器（见下文）通常用于需要固定频率的正弦调制，并且可以在中等驱动电压下实现较大的调制深度。 在某些情况下，调制深度可能非常高，以至于在光谱中产生数十个边带（梳状发生器，→频率梳）。
请注意，电光调制器不适合频率调制，或者准确地说，仅适用于有限的短期频率变化。 例如，它不能用于产生光信号的光频率的恒定变化，因为这意味着线性增加的相位延迟（对相位偏移没有任何限制）。
偏振调制器
根据非线性晶体的类型和方向，以及外加电场的方向，相位延迟可能取决于偏振方向。 因此，Pockels电池可以看作是电压控制的波片，它可用于调制极化状态。 对于线性输入极化（通常与晶轴成45°），输出极化通常是椭圆形的，而不是简单的具有旋转方向的线性极化状态。 使用随机驱动信号，可以实现极化扰频器。
幅度或强度调制器
结合其他光学元件，特别是偏振片，Pockels电池可用于其他类型的调制。 特别是，幅度调制器（图2）基于Pockels单元，用于修改偏振状态，偏振器用于随后将其转换为透射光振幅和功率的变化。
图2：电光强度调制器，在两个偏振器之间包含一个Pockels电池。
另一种技术方法是在马赫-曾德尔干涉仪的一个臂中使用电光相位调制器，以获得幅度调制。 该原理通常用于集成光学器件（用于光子集成电路），其中所需的相位稳定性比使用块状光学元件更容易实现。
光开关是调制器，其中传输要么打开，要么关闭，而不是逐渐变化。 例如，这种开关可以用作脉冲拾取器，从超短脉冲序列中选择某些脉冲，或在腔倾倒激光器（将EOM用作腔体倾倒器）和再生放大器中使用。
温度漂移；热补偿器件
在使用两个偏振方向之间的感应相对相变的配置中，热影响可能会令人不安。 它们会导致工作点漂移，可能需要通过自动调整的偏置电压进行补偿。 其他电子设备可用于此类目的，从某些光信号中得出所需的偏置电压。
一些电光调制器包含两个匹配的Pockels电池，采用无热配置，其中相对相移的温度依赖性在很大程度上被抵消。 还有一些配置具有四个长度完全相同的晶体，消除了双折射效应和空间走开。 根据材料和确切的要求，使用各种类型的多晶体设计。
谐振与宽带设备
对于某些应用，需要具有固定频率的纯正弦调制。 在这种情况下，使用包含谐振LC电路的电（非机械）谐振电光调制器通常是有益的。 然后，器件的输入电压可以大大低于Pockels电池电极两端的电压。 这些电压的高比率需要LC电路的高Q因数，并降低实现强谐振增强的带宽。 使用谐振装置的缺点是失去了灵活性：改变谐振频率需要至少更换一个电元件。
宽带调制器针对宽频率范围（通常从零频率开始）进行了优化。 高调制带宽通常需要具有小电容的Pockels单元，并且排除了谐振的利用。
行波调制器
对于特别高的调制带宽，例如在千兆赫区域，通常使用集成的光行波调制器。 在这里，电驱动信号产生电磁波（微波），沿电极沿光束方向传播。 理想情况下，两个波的相速度是匹配的（通过适当的电极设计），因此即使对于如此高的频率，电极长度对应于微波的几个波长，也可以进行有效的调制。
等离子体调制器
等离子体调制器是一种特殊类型的电光调制器，它利用在金属表面形成等离激元（一种特殊类型的电磁激发），从而导致表面等离子体极化子（SPP）。 它们可以非常快，同时能耗低。
重要属性
在购买电光调制器之前，应考虑许多特性：
- 设备必须具有足够大的开孔径，特别是在峰值功率较高的情况下。 需要高晶体质量和适当的电极几何形状，以便在全开孔径上均匀切换或调制。 随着光圈尺寸的增加，价格可能会大幅上涨。
- 对于开关超短脉冲，Kerr非线性和色散的影响可能是相关的，这取决于晶体材料和长度以及光束半径。 （这种显著影响通常是无法避免的，因此在设计再生放大器时必须加以考虑。
- 根据器件设计，入射光束的偏振可能会也可能不会在输出中保持。
- 相位调制器可能会产生不需要的幅度调制，反之亦然。 这在很大程度上取决于设计。
- 由于电光材料也是压电的，施加的电压会引入机械振动，而机械振动本身可以通过弹性光效应影响折射率。 在某些机械谐振频率附近，调制器响应可能会被强烈修改。 对于宽带调制器来说，这可能是一个问题。 在开关应用中，可能会出现不必要的振铃效应。 这种影响在很大程度上取决于晶体材料、尺寸、方向和机械设计。
- 高光平均功率和高开关频率都会引起热问题。 热处理以及功率和频率能力取决于各种结构细节。
- 晶体应具有高质量的增透膜，专为所需的工作波长范围而设计，当然还有良好的材料透明度，以尽量减少插入损耗。
- 被抑制的光束可能会在调制器器件内被吸收，或者（特别是对于高功率器件）将器件留在或多或少方便的位置和方向。
- 开关速度（上升时间、下降时间）取决于调制器（例如通过其电容）和电子驱动器的特性。
- 电光调制器可以以光纤耦合形式购买，具有不同类型的连接器和光纤（例如单模或多模）。
请注意，还需要适当的机械安装座，通常具有在各个方向上精确对齐调制器的方法。
电子驱动器
使用与EOM完美匹配且适合特定应用的电子驱动器非常重要。 例如，不同类型的EOM需要不同的驱动电压，驱动器也应针对EOM的给定电容进行设计。 一些驱动器适用于纯正弦调制，而宽带设备在大范围的调制频率下工作。 通过从同一供应商处购买电光调制器和电子驱动器，可以避免许多问题，因为整体性能的责任集中在一个地方。
应用
电光调制器的一些典型应用是：
- 调制激光束的功率，例如用于激光打印、高速数字数据记录或高速光通信
- 在激光频率稳定方案中，例如使用庞德-德雷弗-霍尔法
- 固态激光器的Q开关（EOM用于在脉冲发射之前阻挡激光谐振器）
- 主动模式锁定（EOM用往返频率或其倍数调制谐振器损耗或光相位）
- 脉冲拾取器、再生放大器和腔体倾倒激光器中的开关脉冲
