高压放大器基于PMN-PT透明陶瓷在电光调制研究中的应用-电子发烧友网

实验名称：PMN-PT透明陶瓷在电光调制领域的应用探索

测试目的：

PMN-PT透明陶瓷具有优良的电光性能，但由于制备高透明陶瓷的难度，其在光通信领域的应用研究很少。为了探索其在光通信中的应用，我们基于Sm掺杂含量0.5%mol的PMN-PT透明电光陶瓷设计了一款电光调制系统。图1(a)是该信号传输装置的示意图。从左到右依次是632nm的He-Ne激光器，起偏器，透明电光陶瓷，检偏器，硅光电池及后续二级放大电路。信号发生器用来产生初始信号，示波器可以直观观察到发送和接收到的信号，电脑端使用了自己编的LabVIEW程序可以将信号显示到屏幕上。

测试设备：高压放大器、信号发生器、示波器、He-Ne激光器、起偏器、电光陶瓷、电脑等。

实验过程：

图1：(a)电光开关的原理示意图(b)光强随电场的变化

图1(a)是电光开关的原理示意图。如图所示，将电光材料放置于两相互垂直的偏振片之间时，在未加电场时，由于起偏器检偏器相互垂直，理论上激光不能透过检偏器，但是当在电光材料上施加一电场时，由于电光效应使得通过电光材料的偏振光的偏振态发生偏转，从而可以有一部分光透过检偏器，透过光的强弱可以通过施加的电场大小来调控。当施加的电压为半波电压时，o光和e光相位差达到180度，光的偏振态旋转90度，此时透射出透明陶瓷的光的偏振方向与检偏器平行，光强达到峰值，如图1(b)所示。

如图2所示，我们可以通过高压放大器将信号电压施加到材料的两端，利用材料本身的电光效应，实现电信号到光信号的调制，解调端利用光电转换模块将光信号解调为电信号，通过串口将信号发送到电脑复原并显示出来，目前已经实现数字信号和模拟信号的传输。

图2：电光调制系统原理示意图

在试验过程中的信号解调部分，为降低调制电压，提高接收端的灵敏度，我们使用了一个二级放大电路，如图3所示，使用了一个T型网络比例运算放大电路和一个同相比例放大电路相结合的二级放大电路，可以实现小信号下实现100倍的增益，同时在后端加入一加减运算电路，可以实现信号的偏置调节，这样就可以任意调整阈值，可以最大程度的减小环境光强对其的影响。通过此放大电路，我们实现了低电压条件下电光信息调制，我们将调制电压控制在0.5kV/cm以内，后续可以进一步提高灵敏度，控制环境光强，电场还可以更低，在本文中，因实验环境等原因，仅使用0.5kV/cm电场对音频信号进行调制。

图3：信号接收端放大电路电路图

实验结果：

模拟信号传输的实际光路图和信号对比图，我们使用手机蓝牙作为信号的输入端，将模拟信号加载到陶瓷片两端，通过电光效应实现电信号到光信号的调制后，采集原始信号和光强信号，如图4(b)所示，可以看出，原始音频信号和经调制后的激光信号的波形基本保持一致，说明经本PMN-PT透明电光陶瓷调制后的音频信息具有很好的保真度。