激光调制技术

1、of911.调制的概念 全反射镜部分反射镜 泵浦源 输出激光 光学谐振腔实现粒子数反转满足阈值条件和谐振条件自1960年第一台红宝石激光器诞生以来，激光以其高光子简并度的特性而备受关注。of911.调制的概念自1960年第一台红宝石激光器诞生以来，激光以其高光子简并度的特性而备受关注。为研究出真正具有实用价值的激光器，需不断改进其性能，提高效率和功率、压缩脉冲宽度、改变输出频率。为此，发明了激光调制技术、传输技术、调Q技术、锁模技术、选模技术、稳频技术、频率变换技术等。of921.调制的概念激光的调制，即把信息加载到信息载体光子的过程激光的解调：把光子信息恢复到原来的信息的过程激光调制的分类：

2、根据调制器和激光器的关系：内调制、外调制电信号 激光器 输出调制光内调制激光器 调制器 输出调制光外调制连续光信号电信号 of931.调制的概念 按调制性质：调幅、调频、调相、强度调制 按调制器的工作原理： 电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制of9（一）物理基础42.电光调制电光效应，即在外加电场作用下，晶体折射率变化引起的传输特性变化的过程，此折射率变化包括双折射双折射：入射光通过各向异性晶体分解为o光与e光的现象O光：寻常光，遵循折射规律e光：非寻常光，不遵循折射规律光轴：光沿光轴方向传播不产生双折射一次项E ：线性电光效应、Pockels效应二次项hE2：二次电光效应、Kerr效应图

3、2.1 双折射原理图of9（一）物理基础42.电光调制1. 电致折射率变化对电光效应的分析和描述一般采用折射率椭球体方法yxy450 x图2.2 折射率椭球“变形”of9（一）物理基础42.电光调制yxy450 xof9（一）物理基础42.电光调制2. 电光相位延迟可见，这个相位延迟完全是由电光效应造成的双折射引起的，两偏振光的相位差（电光相位延迟）与外加电压V成正比yxxxnynyz45图2.3 折射率椭球截面of9（一）物理基础42.电光调制3. 光偏振态的变化由上述电光相位延迟效应，（非主轴）导致出射光的偏振态发生变化of9（一）物理基础（二）电光强度调制42.电光调制利用Pockels

4、效应实现电光调制，可分为两种情况：1）施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的，但在时间上是变化的2）施加在晶体上的电场在空间上有一定的分布，形成电场图像，但在时间上基本不变电光效应可分为：纵向电光效应：外加电场与光传输方向一致横向电光效应：外加电场与光传输方向垂直of9（二）电光强度调制42.电光调制1. 纵向电光效应（外加电场与光传输方向一致）其示意图如图所示：xyx)0(xEy)0(yE)(LEx)(LEyiEoEz优点：结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响缺点：半波电压高，特别在调制频率较高时，功率损耗比较大of9（二）电光强度调制42.电光调制2. 横向电光效应（外加电场与光传输

5、方向垂直）其示意图如图所示：主要缺点：存在自然双折射引起的相位延迟（无外加电场时，通过晶体的线偏振光的两偏振分量之间就存有相位差，当晶体因温度变化而引起折射率n0和ne变化时，两光波的相位差发生漂移）-xz y xL光的偏振方向入射光调制光 检偏器（垂直入射偏振光）dof9（二）电光强度调制（三）电光相位调制42.电光调制 x xzL调制光电光晶体入射光偏振器载波相位调制波电光相位调制原理图of9（三）电光相位调制（四）电光偏转42.电光调制光束偏转技术是激光应用的基本技术之一，根据应用目的可分为：模拟式偏转（显示）、数字式偏转（光存储）原理：利用电光效应改变光束在空间的传播方向当一平面波经过

6、晶体时，光波的上部(A线)和下部(B线)所过的折射率不同，通过晶体所需的时间也就不同，导致光线A相对于B要落后一段距离，这就意昧着光波到达晶体出射面时，其波阵面相对于传播轴线偏转了一个小角度of9（三）电光相位调制（四）电光偏转42.电光调制电光调制有多种用途，其应用有：光纤系统：梳形发生器、电光移频器无线通信系统：光链路、光纤模拟系统先进雷达的欺骗系统：光子宽带微波移相器、移频器微波相控阵雷达系统：光子时间延迟器of953.声光调制声光/弹光效应：声波是一种弹性波，当光波在超声场作用下通过介质时，会产生衍射或散射现象，引起介质折射率发生周期性变化如图所示，深色部分：介质受到压缩，密度增大，相

7、应的折射率也增大白色部分：介质密度减小，对应的折射率也减小在行波声场作用下，介质折射率交替增加或减少nvsxn0ns图3.1 超声行波在介质中的传播of963.声光调制按照声波频率的高低及声波和光波作用长度的不同，分为拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射1. 拉曼-奈斯衍射（多级衍射）当超声波频率较低声光互作用长度L较短光波平行于声波面(垂直于声场传播方向)入射 s L入射光入射光xy声波阵面声波阵面声波声波光波阵面光波阵面图3.2 超声行波在介质中的传播衍衍射射光光of963.声光调制2. 布拉格衍射（选择光的方向与波长）当超声波频率较高声光互作用长度L较长光束与声波波面间以一定的角度斜入射3. 声光调制应用： 光存储 激光印刷 雷达探测of9旋光方向：仅取决于磁场方向，与光的传播方向无关（具有不可逆性），这是与晶体的自然旋光现象不同之处光波通过磁性物质时，其传播特性发生变化的现象法拉第旋转效应克尔效应磁双折射效应74.磁光调制图4.1 磁光效应原理图特点：抗干扰能力强、精度高、体积小、重量轻应用：精密测角、材料研究、工业测量、生物化学of985.直接调制直接调制（电源调制）：把传递信息转变为电信号直接注入半导体光源，从而获得调制光信号的方式 激光源 电信号输入驱动器 光信号输出 根据调制信号的类型，可分为：连续的模拟调制和不连续的数字（