激光調(diào)制技術

1、of911.調(diào)制的概念 全反射鏡部分反射鏡 泵浦源 輸出激光 光學諧振腔實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)滿足閾值條件和諧振條件自1960年第一臺紅寶石激光器誕生以來，激光以其高光子簡并度的特性而備受關注。of911.調(diào)制的概念自1960年第一臺紅寶石激光器誕生以來，激光以其高光子簡并度的特性而備受關注。為研究出真正具有實用價值的激光器，需不斷改進其性能，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、傳輸技術、調(diào)Q技術、鎖模技術、選模技術、穩(wěn)頻技術、頻率變換技術等。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程激光的解調(diào)：把光子信息恢復到原來的信息的過程激光調(diào)制的分類：

2、根據(jù)調(diào)制器和激光器的關系：內(nèi)調(diào)制、外調(diào)制電信號 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)光信號電信號 of931.調(diào)制的概念 按調(diào)制性質(zhì)：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、強度調(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42.電光調(diào)制電光效應，即在外加電場作用下，晶體折射率變化引起的傳輸特性變化的過程，此折射率變化包括雙折射雙折射：入射光通過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E ：線性電光效應、Pockels效應二次項hE2：二次電光效應、Kerr效應圖

3、2.1 雙折射原理圖of9（一）物理基礎42.電光調(diào)制1. 電致折射率變化對電光效應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42.電光調(diào)制yxy450 xof9（一）物理基礎42.電光調(diào)制2. 電光相位延遲可見，這個相位延遲完全是由電光效應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，（非主軸）導致出射光的偏振態(tài)發(fā)生變化of9（一）物理基礎（二）電光強度調(diào)制42.電光調(diào)制利用Pockels

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

5、方向垂直）其示意圖如圖所示：主要缺點：存在自然雙折射引起的相位延遲（無外加電場時，通過晶體的線偏振光的兩偏振分量之間就存有相位差，當晶體因溫度變化而引起折射率n0和ne變化時，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)技術是激光應用的基本技術之一，根據(jù)應用目的可分為：模擬式偏轉(zhuǎn)（顯示）、數(shù)字式偏轉(zhuǎn)（光存儲）原理：利用電光效應改變光束在空間的傳播方向當一平面波經(jīng)過

6、晶體時，光波的上部(A線)和下部(B線)所過的折射率不同，通過晶體所需的時間也就不同，導致光線A相對于B要落后一段距離，這就意昧著光波到達晶體出射面時，其波陣面相對于傳播軸線偏轉(zhuǎn)了一個小角度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，其應用有：光纖系統(tǒng)：梳形發(fā)生器、電光移頻器無線通信系統(tǒng)：光鏈路、光纖模擬系統(tǒng)先進雷達的欺騙系統(tǒng)：光子寬帶微波移相器、移頻器微波相控陣雷達系統(tǒng)：光子時間延遲器of953.聲光調(diào)制聲光/彈光效應：聲波是一種彈性波，當光波在超聲場作用下通過介質(zhì)時，會產(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、應的折射率也增大白色部分：介質(zhì)密度減小，對應的折射率也減小在行波聲場作用下，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（多級衍射）當超聲波頻率較低聲光互作用長度L較短光波平行于聲波面(垂直于聲場傳播方向)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）當超聲波頻率較高聲光互作用長度L較長光束與聲波波面間以一定的角度斜入射3. 聲光調(diào)制應用： 光存儲 激光印刷 雷達探測of9旋光方向：僅取決于磁場方向，與光的傳播方向無關（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磁性物質(zhì)時，其傳播特性發(fā)生變化的現(xiàn)象法拉第旋轉(zhuǎn)效應克爾效應磁雙折射效應74.磁光調(diào)制圖4.1 磁光效應原理圖特點：抗干擾能力強、精度高、體積小、重量輕應用：精密測角、材料研究、工業(yè)測量、生物化學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)殡娦盘栔苯幼⑷氚雽w光源，從而獲得調(diào)制光信號的方式 激光源 電信號輸入驅(qū)動器 光信號輸出 根據(jù)調(diào)制信號的類型，可分為：連續(xù)的模擬調(diào)制和不連續(xù)的數(shù)字（