激光調(diào)制技術(shù)

1、of911.調(diào)制的概念 全反射鏡部分反射鏡 泵浦源 輸出激光 光學(xué)諧振腔實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)滿(mǎn)足閾值條件和諧振條件自1960年第一臺(tái)紅寶石激光器誕生以來(lái)，激光以其高光子簡(jiǎn)并度的特性而備受關(guān)注。of911.調(diào)制的概念自1960年第一臺(tái)紅寶石激光器誕生以來(lái)，激光以其高光子簡(jiǎn)并度的特性而備受關(guān)注。為研究出真正具有實(shí)用價(jià)值的激光器，需不斷改進(jìn)其性能，提高效率和功率、壓縮脈沖寬度、改變輸出頻率。為此，發(fā)明了激光調(diào)制技術(shù)、傳輸技術(shù)、調(diào)Q技術(shù)、鎖模技術(shù)、選模技術(shù)、穩(wěn)頻技術(shù)、頻率變換技術(shù)等。of921.調(diào)制的概念激光的調(diào)制，即把信息加載到信息載體光子的過(guò)程激光的解調(diào)：把光子信息恢復(fù)到原來(lái)的信息的過(guò)程激光調(diào)制的分類(lèi)：

2、根據(jù)調(diào)制器和激光器的關(guān)系：內(nèi)調(diào)制、外調(diào)制電信號(hào) 激光器 輸出調(diào)制光內(nèi)調(diào)制激光器 調(diào)制器 輸出調(diào)制光外調(diào)制連續(xù)光信號(hào)電信號(hào) of931.調(diào)制的概念 按調(diào)制性質(zhì)：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、強(qiáng)度調(diào)制 按調(diào)制器的工作原理： 電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制、直接調(diào)制of9（一）物理基礎(chǔ)42.電光調(diào)制電光效應(yīng)，即在外加電場(chǎng)作用下，晶體折射率變化引起的傳輸特性變化的過(guò)程，此折射率變化包括雙折射雙折射：入射光通過(guò)各向異性晶體分解為o光與e光的現(xiàn)象O光：尋常光，遵循折射規(guī)律e光：非尋常光，不遵循折射規(guī)律光軸：光沿光軸方向傳播不產(chǎn)生雙折射一次項(xiàng)E ：線性電光效應(yīng)、Pockels效應(yīng)二次項(xiàng)hE2：二次電光效應(yīng)、Kerr效應(yīng)圖

3、2.1 雙折射原理圖of9（一）物理基礎(chǔ)42.電光調(diào)制1. 電致折射率變化對(duì)電光效應(yīng)的分析和描述一般采用折射率橢球體方法yxy450 x圖2.2 折射率橢球“變形”of9（一）物理基礎(chǔ)42.電光調(diào)制yxy450 xof9（一）物理基礎(chǔ)42.電光調(diào)制2. 電光相位延遲可見(jiàn)，這個(gè)相位延遲完全是由電光效應(yīng)造成的雙折射引起的，兩偏振光的相位差（電光相位延遲）與外加電壓V成正比yxxxnynyz45圖2.3 折射率橢球截面of9（一）物理基礎(chǔ)42.電光調(diào)制3. 光偏振態(tài)的變化由上述電光相位延遲效應(yīng)，（非主軸）導(dǎo)致出射光的偏振態(tài)發(fā)生變化of9（一）物理基礎(chǔ)（二）電光強(qiáng)度調(diào)制42.電光調(diào)制利用Pockels

4、效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制，可分為兩種情況：1）施加在晶體上的電場(chǎng)在空間上基本是均勻的，但在時(shí)間上是變化的2）施加在晶體上的電場(chǎng)在空間上有一定的分布，形成電場(chǎng)圖像，但在時(shí)間上基本不變電光效應(yīng)可分為：縱向電光效應(yīng)：外加電場(chǎng)與光傳輸方向一致橫向電光效應(yīng)：外加電場(chǎng)與光傳輸方向垂直of9（二）電光強(qiáng)度調(diào)制42.電光調(diào)制1. 縱向電光效應(yīng)（外加電場(chǎng)與光傳輸方向一致）其示意圖如圖所示：xyx)0(xEy)0(yE)(LEx)(LEyiEoEz優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響缺點(diǎn)：半波電壓高，特別在調(diào)制頻率較高時(shí)，功率損耗比較大of9（二）電光強(qiáng)度調(diào)制42.電光調(diào)制2. 橫向電光效應(yīng)（外加電場(chǎng)與光傳輸

5、方向垂直）其示意圖如圖所示：主要缺點(diǎn)：存在自然雙折射引起的相位延遲（無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)晶體的線偏振光的兩偏振分量之間就存有相位差，當(dāng)晶體因溫度變化而引起折射率n0和ne變化時(shí)，兩光波的相位差發(fā)生漂移）-xz y xL光的偏振方向入射光調(diào)制光 檢偏器（垂直入射偏振光）dof9（二）電光強(qiáng)度調(diào)制（三）電光相位調(diào)制42.電光調(diào)制 x xzL調(diào)制光電光晶體入射光偏振器載波相位調(diào)制波電光相位調(diào)制原理圖of9（三）電光相位調(diào)制（四）電光偏轉(zhuǎn)42.電光調(diào)制光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)是激光應(yīng)用的基本技術(shù)之一，根據(jù)應(yīng)用目的可分為：模擬式偏轉(zhuǎn)（顯示）、數(shù)字式偏轉(zhuǎn)（光存儲(chǔ)）原理：利用電光效應(yīng)改變光束在空間的傳播方向當(dāng)一平面波經(jīng)過(guò)

6、晶體時(shí)，光波的上部(A線)和下部(B線)所過(guò)的折射率不同，通過(guò)晶體所需的時(shí)間也就不同，導(dǎo)致光線A相對(duì)于B要落后一段距離，這就意昧著光波到達(dá)晶體出射面時(shí)，其波陣面相對(duì)于傳播軸線偏轉(zhuǎn)了一個(gè)小角度of9（三）電光相位調(diào)制（四）電光偏轉(zhuǎn)42.電光調(diào)制電光調(diào)制有多種用途，其應(yīng)用有：光纖系統(tǒng)：梳形發(fā)生器、電光移頻器無(wú)線通信系統(tǒng)：光鏈路、光纖模擬系統(tǒng)先進(jìn)雷達(dá)的欺騙系統(tǒng)：光子寬帶微波移相器、移頻器微波相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)：光子時(shí)間延遲器of953.聲光調(diào)制聲光/彈光效應(yīng)：聲波是一種彈性波，當(dāng)光波在超聲場(chǎng)作用下通過(guò)介質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生衍射或散射現(xiàn)象，引起介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化如圖所示，深色部分：介質(zhì)受到壓縮，密度增大，相

7、應(yīng)的折射率也增大白色部分：介質(zhì)密度減小，對(duì)應(yīng)的折射率也減小在行波聲場(chǎng)作用下，介質(zhì)折射率交替增加或減少nvsxn0ns圖3.1 超聲行波在介質(zhì)中的傳播of963.聲光調(diào)制按照聲波頻率的高低及聲波和光波作用長(zhǎng)度的不同，分為拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射1. 拉曼-奈斯衍射（多級(jí)衍射）當(dāng)超聲波頻率較低聲光互作用長(zhǎng)度L較短光波平行于聲波面(垂直于聲場(chǎng)傳播方向)入射 s L入射光入射光xy聲波陣面聲波陣面聲波聲波光波陣面光波陣面圖3.2 超聲行波在介質(zhì)中的傳播衍衍射射光光of963.聲光調(diào)制2. 布拉格衍射（選擇光的方向與波長(zhǎng)）當(dāng)超聲波頻率較高聲光互作用長(zhǎng)度L較長(zhǎng)光束與聲波波面間以一定的角度斜入射3. 聲光調(diào)制應(yīng)用： 光存儲(chǔ) 激光印刷 雷達(dá)探測(cè)of9旋光方向：僅取決于磁場(chǎng)方向，與光的傳播方向無(wú)關(guān)（具有不可逆性），這是與晶體的自然旋光現(xiàn)象不同之處光波通過(guò)磁性物質(zhì)時(shí)，其傳播特性發(fā)生變化的現(xiàn)象法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)克爾效應(yīng)磁雙折射效應(yīng)74.磁光調(diào)制圖4.1 磁光效應(yīng)原理圖特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、精度高、體積小、重量輕應(yīng)用：精密測(cè)角、材料研究、工業(yè)測(cè)量、生物化學(xué)of985.直接調(diào)制直接調(diào)制（電源調(diào)制）：把傳遞信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)直接注入半導(dǎo)體光源，從而獲得調(diào)制光信號(hào)的方式 激光源 電信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器 光信號(hào)輸出 根據(jù)調(diào)制信號(hào)的類(lèi)型，可分為：連續(xù)的模擬調(diào)制和不連續(xù)的數(shù)字（