第一激光原理与技术(上)

第一章激光原理与技术

§1.1辐射理论概论一、光量子学说及波粒二象性

量子说波动说电磁说微粒说波动光学几何光学电磁理论量子理论1900年普朗克（MaxPlank）提出辐射能量量子的概念他在对黑体辐射实验进行理论解释的时候发现，必须大胆的假设：黑体辐射的能量是不连续的，存在一个最小的能量单元，这就是量子。空腔辐射体光电效应与光量子学说1905年爱因斯坦（AlbertEinstein）在解释光电效应实验的时候进一步提出：光也是由最小能量单元-光子组成光动力火箭1、光能否作为火箭动力?思考题2、光在传播过程中是否受重力影响?

3、光照射到物体上,是否有压力？太阳帆的原理是什么？太阳能二、原子能级、简并度及波尔兹曼分布玻尔理论:1.原子能级（1）原子内的电子非沿着任意轨道，而是沿着具有一定半径或能级的轨道运动。定态、基态、激发态（2）原子内的电子可由某一定状态跃迁到另一定态，这一过程要吸收和辐射辐射能。（3）对于原子内的电子可能存在的状态有一定限制，即电子的轨道运动的角动量必须满足玻尔的量化条件跃迁：跃迁：原子从某一能级吸收或释放能量，变成另一能级。吸收跃迁：低吸收能量高辐射跃迁：高辐射能量低（自发辐射）2.简并度、简并能级电子运行的状态不同，其能量相同能量相同的能级对应不同的电子运动状态同一能级对应的不同的电子运动状态的数目电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫简并能级简并度简并能级3.玻尔兹曼分布分别处在Em和En能级的粒子数目：由大量粒子所组成的系统在热平衡状态下粒子按能级的分布规律由高能级的粒子数目少于低能级的粒子数目结论1917年，爱因斯坦提出受激辐射新概念

——奠定了激光发明的理论基础

爱因斯坦发现，若只有自发辐射和吸收跃迁，黑体和辐射场之间不可能达到热平衡，要达到热平衡，还必须存在受激辐射。预示了利用受激辐射来放大（振荡）光的可能性！但当时的技术和生产水平根本没有这种需要（无线电技术刚刚开始，光学技术处于初级阶段）激光不可能超越时代在当时被发明。三、光与物质的相互作用自发辐射、受激吸收和受激辐射1.自发辐射发光前发光后普通光源（日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。2.受激吸收吸收前吸收后发光前发光后3.受激辐射当外来光子的频率满足时，使原子中处于高能级的电子在外来光子的激发下向低能级跃迁而发光。当光与原子相互作用时，总是同时存在这三种过程受激辐射：受激辐射产生的光子与引起受激辐射的外来光子具有相同的特征（频率、相位、振动方向及传播方向均相同）。受激辐射光子与入射光子属同一光子态。相干光

当光与原子相互作用时，总是同时存在这三种过程光场能量粒子能量自发辐射受激辐射受激吸收可能达到平衡也可能达不到平衡Laser“受激辐射光放大”LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation§1.2

激光产生的原理及条件粒子数分布反转是介质对光放大作用的条件及产生激光的前提受激吸收受激辐射一、粒子数反转分布及泵浦过程1.粒子数反转分布要使介质对光产生放大作用，必须使受激辐射超过受激吸收;二者几率分别与上能级粒子数密度和下能级粒子数密度成正比。2.泵浦(抽运)受激辐射泵浦自发辐射或其他释放能量方式定义：使两个能级实现粒子数反转的过程光泵浦电泵浦化学泵浦热泵浦泵浦分类：二、光的受激放大(1)物理、化学作用(2)反射、散射(3)受激吸收(4)自发辐射

损耗应当减弱,利于放大泵浦容易实现粒子数反转杂散光，影响单色性、相干性1.增益介质光波与物质的相互作用：易于通过泵浦实现粒子数反转分布，光在此介质中受激辐射大于受激吸收、自发辐射、各种损耗，对光有放大作用增益介质2.受激放大增益介质对光的放大作用不考虑损耗的情况下,G越大,Z越大,对光的放大作用越好,但是G,Z有限,也可能形成不了激光三、谐振腔的共振作用与激光的形成1.光往返,增加z的大小,利于光放大；2.腔体对光的频率、相位、传播方向和偏振方向有选择作用。作用四、激光产生的基本条件及阈值条件阀值条件:

光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种损耗之和.三要素:1.泵浦

2.增益介质

3.谐振腔1928年，登伯格和科夫曼首次从实验上证实了受激辐射的存在。1946年，美国物理学家布洛赫首次观测到粒子数反转的实验现象。1947年美国物理学家兰姆等人指出在粒子数反转的境况下会出现负吸收。1949年，法国物理学家卡斯特勒提出了光泵方法激光发明简史1951年,NewIdea几乎同时、独立在两组科学家的头脑中产生USA:Townes汤斯，Gorden.USSR:巴索夫和普罗霍罗夫利用原子（分子）与电磁场相互作用的受激辐射来放大和产生电磁辐射——量子电子学摈弃了电子学传统概念：自由电子与电磁场相互作用是放大和振荡电磁场的唯一方法1954年，上述两个研究组分别建立了世界第一台Maser：NH3分子微波量子振荡器（波长1.25cm）。微波振荡器具有极高的（频率）波长稳定度——Cs原子钟量子电子学诞生！Maser——Micro-wave

Amplification

byStimulatedEmissionofRadiation微波激射放大器自此以后，在激光领域内一大批勇于创新，勇于实践的人不失时机地发明创造，推动激光技术的发展。1958年，美国布隆伯根（Bloembergen）提出“三能级光泵方法”，成为获得粒子数反转的经典方法。Bloembergen借用他人的思想用到量子电子学领域。根据上述原理制成“红宝石微波量子放大器”RubyMaser激光的诞生RubyMaser之后，开始了向Laser的总进攻。关键问题：（1）光谐振腔？封闭微波腔几何尺寸~λ（2）合适的材料汤斯、普罗霍罗夫分别独立提出开放式光谐振腔概念Fabry-perot标准具抛弃了微波技术的传统概念借助了光学已有的概念和技术发明光腔1958年12月，Townes和Schawlow发表文章，提出了实现Laser的可能性。几十个小组都在争做世界第一台Laser。肖洛->红宝石

汤斯->钾蒸气

巴索夫->半导体材料贝尔实验室的贾万（Javan）提出放电法连续运转的氦氖激光器方案

最终花落谁家？难点在于探索合适材料，实现粒子数反转。除了光泵法以外1960年，梅曼（Maiman）做出世界第一台红宝石激光器.1955年，Stanford.Ph.D后在Hughes.R.Lab研究红宝石的荧光特性1959年看到S-T文章两周后，USSR重复实现RubyLaser1961，He-NeLaser1962,GaAs

Semiconductor

Laser机遇偏爱有准备的头脑和敢于实践的人!二十世纪四大发明原子能半导体计算机激光器

五、结构形式通用结构激光增益介质谐振腔泵浦源全反镜部分反部分透射镜He-Ne激光器的三种结构：1.内腔式主要结构：激光管+电源+光学元件放电管电极光学谐振腔特点：谐振腔的两个反射镜固定在放电管外壳的两个端面上优点：结构简单，使用时不需调整谐振腔，比较方便；放电管和反射镜之间无光学元件，损耗小，输出功率高缺点：热稳定性差，放电管热变形引起两端反射镜的位置关系发生变化，导致输出激光频率稳定性和方向稳定性较差2、外腔式特点：谐振腔与放电管完全分开；谐振腔反射镜上装有调整装置可以随时进行调整，以保证反射镜的光轴与放电管轴线重合；放电管两端按一定角度贴有布儒斯特窗片，既可以封闭放电管，又可以减少光的损失，还可使激光器输出偏振度较好的线偏光。优点：谐振腔可以调整，能够长期保持激光器的稳定输出；可以在谐振腔内插入光学元件，便于进行激光器性能研究。缺点：谐振腔两反射镜易失调，并且调整也比较困难，使用不方便；窗片与轴线夹角不准确，窗片光学质量不完善，引起反射、散射、吸收等光学损耗，降低了输出功率。3.半内腔式特点：谐振腔的一块反射镜与放电管固定在一起，而另一块与放电管分开优点：仅需调整外面的一块反射镜，比较容易调整，工作方便；能够同外腔式激光器一样进行各种实验；同时，有一布儒斯特窗片可输出偏振光。按工作波段分类远红外、红外激光器可见光激光器紫外、真空紫外激光器X光激光器按运转方式分类连续激光器脉冲激光器超短脉冲激光器六、激光器的分类及特点按工作物质分类固体激光器气体激光器工作物质：主要是掺杂晶体和掺杂玻璃，最常用的是红宝石(掺铬)Al2O3、钕玻璃(掺钕)、钇铝石榴石(掺钕)YAG。激励方式：光激励(简称光泵)特点：结构紧凑，输出功率大可达1000W以上,YAG最好，可连续运行多模输出应用：常用于机械加工、医疗、军事领域。工作物质:

原子（He-Ne）、分子（CO2）、离子（Ar+）特点:

种类多，波长分布区域宽，应用广，频率稳定性好，是很好的相干光源，可实现最大功率连续输出，结构简单，造价低，转换效率高激励方式：电激励(简称电泵)应用：CO2－常用于机械加工；

He-Ne－精密测试计量；

Ar+－化学分析，全息摄影，激光照排，水下通讯。液体激光器半导体激光器特点:

超小型，质量轻，成本低，可批量生产，能量转换效率高(＞30％)，波长范围广(0.5—30μm)，寿命长(＞百万小时)，发散角大，单色性差，

易于调制，改变驱动电流可将输出光调制到GHz。应用:

通信光源、测距、激光光盘、唱片、印刷术、办公自动化、泵浦源工作物质：GaAS(砷化镓)，InAS（砷化铟），Insb（锑化铟）、CdS（硫化镉）工作物质：有机染料特点：输出的激光波长在很大范围内连续可调(0.34-1.2μm)应用:

在光化学、光生物学、激光医学等方面化学激光器其它激光器特点:可将化学能直接转换为激光能，不需外加激光源，输出的波长丰富，从紫外到红外，高功率、高能量输出，最有希望获得最大功率工作物质：HF，碘原子应用:适合于无电源的野外作业X射线、薄膜、光纤、自由电子激光器等一、激光的方向性光源发光面发出的所有光线中两光线之间的最大夹角§1.3

激光的基本物理性质通常用发散角来描述定义常见光源发散角:日光灯:π气体激光:10-3~10-6固体激光:10-2半导体激光:5~10×10-2例2：东芝公司生产的半导体激光器TOLD9211，输出功率5mW，波长670nm，输出光束在水平方向和垂直方向上的发散角分别为8º和33º。气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性最好！例1：对于直径3mm腔镜的632.8nmHe-Ne激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为结论不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关气体激光器发散角接近衍射极限，是普通光源中方向性很好的弧光的10-5~10-7，是当前最好探照系统的1/1000。激光器方向性对其聚焦性能有重要影响当一束发散角为2θ的单色光被焦距为f的透镜聚焦时，焦平面上光斑直径为发散角也可用空间立体角来表示激光的方向性二、激光的高亮度亮度定义:

单位面积的光源在单位时间内向着其法线方向上的单位立体角范围内辐射的能量单位:W/cm2.Sr太阳光的亮度约为1.03W/cm2·Sr普通的1mW氦氖激光105W/cm2·Sr大功率脉冲激光1014-1017W/cm2·Sr飞秒激光可达1020W/cm2·Sr激光是最亮的光请勿对准眼睛超快超强激光可形成的物理条件激光可形成自然界存在聚焦强度1020W/cm2光压1012bar加速度1021g磁场109Gauss3.5×1016W/cm21barg0.5Gauss源于激光能量在空间和时间上的高度集中三、单色性激光的频率受以下条件影响：能级分裂腔长变化←泵浦、温度、振动单色性是指光强按频率(波长)的分布状况激光单色性的好坏可以用频谱分布的宽度

(线宽)描述光谱线表现出一定的能级宽度谱宽极限普通光源中，86Kr放电灯在低温下发出波长λ为650.7nm的光，谱线宽度和波长比值7.76×10-7。一般单模稳频He-Ne激光器（λ=632.8nm），谱线宽度与波长的比值可达10-11。甲烷吸收稳频He-Ne激光器（λ=3.39μm），谱线宽度与波长的比值可达10-13。四、相干性1.时间相干性(同地异时)定义：在同一空间点上，由同一光源分割出来的两光波之间的位相差与时间无关的性质，即光波的时间延续性。也可理解为：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置，尚能发生干涉，其经过的时间差τc称为相干时间

两列光波间允许的最大光程差称为相干长度例:He-Nelaser的线宽和波长比值为10-7，求Michelson干涉仪的最大测量长度是多少？最大测量长度为解：Lmax=Lc/2=3.164m86Kr放电灯的相干长度？2.空间相干性（同时异地）定义：

杨氏双缝干涉以杨氏实验为例同一时间，由空间不同的点发出的光波的相干性狭缝间距一定产生干涉条件光源临界宽度光源宽度一定一般尺寸为100μm的矩形汞弧灯光源，当针孔屏距0.5m，横向相干长度为0.25mm，激光器的横向相干长度可达100mm以上狭缝最大允许距离即横向相干长度可表示为五、激光的横模和纵模1.激光的纵模光波在谐振腔中应满足驻波条件

相邻两个纵模频率的间隔为可以存在的纵模频率为谐振腔的腔长、增益介质的增益曲线一定，因此只有落在增益范围内，且增益大于损耗的谐振频率才能形成激光。每一个谐振频率的振荡,称为一个模式沿轴向传播的振动模式,称为轴向模式,简称纵模谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。例设He-Ne激光器腔长L分别为0.30m、1.0m,气体折射率n1,试求纵模频率间隔各为多少?思考题：如何形成单模？2.激光的横模光场在横向不同的稳定分布激光模式一般用TEMmnq表示定义对称mnq轴向X向暗条纹数Y向暗条纹数纵模数旋转圆周向暗条纹数径向暗条纹数纵模数横截面为圆型的激活介质横模可能出现轴对称激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。激光横模形成的主要因素是谐振腔两端反射镜的衍射作用,光束不再是平行光，光强也改变为非均匀的。

原因：沿z轴方向传播的高斯光束的电矢量表达式为§1.4

高斯光束一、高斯光束表达式二、高斯光束的特性1.z=0的情况特点:等相位,平面波光强分布为高斯分布束腰：振幅下降为中心的1/e时对应的光束截面半径，又称光束的截面半径或者光斑半径非特指束腰为高斯光束的最小束腰2.z=z0>0的情况为发散球面波,曲率半径随z变化

a.相位部分b.振幅部分z=0时,2θ=0,平面波zω0z1z2θc.发散角z→∞,

的区域,称为准直区z从0到3.z<0R(z)=-R(z)为汇聚球面波其他同z>0情况三、高斯光束的变换1.高斯光束的复曲率半径——高斯光束q参数在自由空间中的传播规律

2.高斯光束通过薄透镜的变换3.高斯光束通复杂透镜的变换为简单光学元件的光线变换矩阵四、高斯光束的聚焦oABC在z=0处，在A处(紧挨透镜L的左方)，在B处(紧挨透镜L的右方)，在C处聚焦条件：短焦距透镜，束腰远离透镜1.聚焦点位置2.聚焦点尺寸f五、高斯光束的准直对于单透镜系统l=f时，达到最大值可利用倒置望远镜可实现激光光束的准直压缩比例：VCD头,He-Ne激光,ω0=1mm,距离透镜500mm,要求聚焦后直径为10μm,求透镜焦距——计算合理准直区间在精密计量中，通常以波长为基准，测量精度很大程度上决定于波长的精确程度。§1.5

激光的稳频技术频率稳定度稳频的必要性：频率再现性要求——同一激光器在不同时间、不同地点、不同条件下频率的重复性激光器输出单频的同时，频率变动尽可能小表示频率变动的两个物理量频率漂移远大于线宽极限!!!一、频率变化原因温度：任何材料的物体的线性尺寸都会随温度而变化振动：振动会引起反射镜位置变化、激光管变形，使腔长发生变化同时，温度变化会引起介质折射率的变化激光频率频率变化引起变化的原因腔长及折射率的变化温度变化源于环境温度的起伏和激光管的发热大气的影响：外腔式氦氖激光管，谐振腔的一部分暴露在大气之中，大气的气压和温度的改变影响折射率，使谐振频率发生变化。例：一个管壁材料为硬玻璃的内腔式氦氖激光器，当温度漂移±1˚C时，由于腔长变化引起频率变化为不加任何稳频措施，单纵模氦氖激光器的频率稳定性为腔长变化引起频率漂移已超出增益曲线范围因而在精密干涉计量、光频标、光通信、激光陀螺及精密光谱研究等应用领域中，必须采用稳频技术以改善激光器的频率稳定性。二、稳频方法（一）被动稳频1)控制温度：如2)腔体材料互补：采用正负线膨胀系数的材料组合，达到腔长稳定的效果，一般3)防震、密封（二）主动稳频措施基本原理采用电子伺服控制激光频率，当激光频率偏离标准频率时，鉴频器给出误差信号控制腔长，使激光频率自动回到标准频率上。利用激光器的输出功率P和频率v的关系曲线上的凹陷反应，在凹陷处输出功率随频率变化比较敏感，使激光器的频率起伏值Δv转换成输出功率的起伏值ΔP，从而获得误差信号,用此误差信号反馈控制谐振腔的长度，使激光器输出频率趋近中心频率v01.兰姆(Lamb)下陷法Lamb下陷：由于增益介质的增益饱和，在激光器的输出功率P和频率v的关系曲线上，在中心频率v0处输出功率出现凹陷的现象稳频原理：稳频装置示意图A处，与激励信号,同频反相B处，同频同相V0处，2倍频稳频原理图输出功率变化的规律不仅反映了激光器工作频率偏离中心频率的大小，而且反映了激光器工作频率偏离标准频率的方向，可作为差值信号。缺点：中心频率易受放电条件、压力位移等因素的影响，而且线宽较宽，限制了频率稳定度的提高。兰姆下陷稳频以激光工作物质原子谱线本身的中心频率为标准频率，对中心频率的改变,无控制作用。特点：对凹陷深度的要求为了改善频率稳定性，希望微弱的频率漂移量就能产生足以将频率拉回中心频率的误差信号，这就要求兰姆凹陷窄而深。如要使频率稳定性优于4×10-9，兰姆凹陷深度应达1/8。使激光器工作于最佳电流并降低损耗可增加凹陷深度。降低气压可使得凹陷变窄，但气压过低会使激光器功率降低，甚至使激光不能出光。采用兰姆下陷法，632.8nmHe-Ne激光的频率稳定度可达10-9,再现度只有10-7。激光器输出激光的光强和频率均有微小的音频调制。2.饱和吸收法原理:利用外界频率标准进行高稳定度的稳频方法方法:在一外腔管中放入激光管的同时再装一吸收管装置示意图吸收管气压很低，通常只有1~10Pa。增益、吸收曲线反兰姆凹陷的宽度比兰姆凹陷的宽度更窄，峰的位置更稳定，下陷的斜率也更大。吸收介质对不同频率的光吸收是非线性的，对于吸收曲线中心频率的光，吸收易饱和，而对于吸收曲线非中心频率的光，吸收不饱和。对于吸收介质吸收曲线的中心频率，腔的损耗最小，输出功率最高，出现反兰姆下陷。优点:3.塞曼(Zeeman)效应法塞曼效应:原子能级在磁场作用下发生分裂的现象特点：双频激光器:由塞曼效应制成的激光器。国际上明确规定甲烷和碘吸收稳频的氦氖激光波长可作为长度副基准和复现米定义。由塞曼效应而分裂的两条谱线，不仅在频率上有差别，而且偏振态也不同。稳频方法:纵向塞曼稳频、横向塞曼稳频、塞曼吸收稳频纵向塞曼效应激光器产生频率较低的右旋圆偏光和频率较高的左旋圆偏光频差频差和谐振腔的损耗及腔内光强有关，当损耗及放电条件变化时，频差也随之变化。稳频方法测出二圆偏振光输出功率之差值，以此作为鉴频误差信号，再通过伺服控制系统控制激光器腔长。另：理论、实验证明左、右圆偏振光频差与中心频率有关，可利用拍频方法测出频差也可以提供鉴频的误差信号。结构示意图根据激光器输出的两圆偏振光光强的差别来判断谐振频率偏离中心频率的方向和程度。频率稳定性可达10-10～10-11，频率复现性为10-7～10-8。稳频性能优点由双频激光器构成的干涉仪具有较强的抗干扰能力，可用于工业中的精密计量。4.双纵模稳频当激光频率调谐到距中心偏离约500MHz时,激光出现偏振方向相互垂直的双纵模振荡，经偏振分光器分离,分别由性能相同的光电接收器检测,转换成电压信号。在内腔激光器的玻璃外壳上绕以细金属丝,通电后可使激光管加热,激光管受温度变化而改变腔长。当通过金属丝加热使激光频率调谐时,一束平行偏振光的功率增强,另一束垂直偏振光的功率相应减弱。用两束激光的功率相等作为参考点,来控制激光的腔长,使腔长保持在双纵模功率相等的状态。

采用商品型内腔型激光器,简易可行;采用容易制作的激光电源和稳频器,使整个装置小型化,便于搬运和配用;频率稳定度和复现性达到了用于精密测量范畴的技术指标,可以作为精密长度测量和精密波长测量的激光二级频标。稳频性能优点在1个月内的短期频率复现性可达1×10-9用于长度精密测量的稳频激光器,对频率复现性要求为优于3×10-85.无源腔稳频结构示意图以外界无源腔的频率作为稳频的参考频率，激光频率的变化将引起透过法-珀干涉仪光功率的变化。利用与兰姆凹陷稳频类似的鉴频方法得到的误差信号控制激光二极管的温度、激励电流或外腔激光器的腔长可使激光频率稳定于法-珀干涉仪的最佳透过频率。将不同激光器稳定于不同级次的透过峰频率上，可得到频率间隔固定的多路激光，它可作为频分复用光通信的发射光源。缺点参考频率本身稳定性不高一、光调制的基本概念§1.6

激光调制技术把欲传输的信息加载到激光辐射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置称为激光调制器。激光起到携带低频信号的作用，所以称为载波调制的激光称为已调制波或已调制光内调制指在激光振荡过程中加载调制信号，即以调制信号的规律去改变激光振荡的参数，从向改变激光的输出特性。外调制是指在激光形成以后，再用调制信号对激光进行调制，它不改变激光器的参数，只是改变已经输出的激光参数(如强度、频率、位相等)。激光调制可分为:内调制和外调制相位调制设激光瞬时电场强度为则瞬时光强度为设调制信号为幅值调制

强度调制频率调制自然双折射光在各向异性介质（晶体）中传播时产生的双折射现象，由晶体结构自身的各向异性决定，也称固有双折射。当晶体受到应力、电场、磁场等外界作用，其结构发生变化时，将会使光在其中的传播规律发生变化，既光通过这种有外加电场、超声场或磁场的晶体时，将产生与外场有关的双折射现象，可以根据人们的意志加以控制，在光电子技术中得到了广泛的应用。感应双折射二、电光调制(一)电光调制原理电光效应：某些材料在外加电场的作用下，其折射率发生变化在晶体未加外电场时，主轴坐标系中，折射率椭球如下：当晶体加电场后，折射率椭球发生变形，形式如下：由于外电场的作用，折射率椭球系数随之发生线性变化，变化量可定义为用张量形式表示对于KDP晶体沿z轴加电压，晶体主轴x、y、z变为x’、y’、z，即坐标系沿z轴转45º沿x方向振动的线偏振光通过长度为L的晶体产生的相位差为晶体外加电场后新的折射率椭球一般把引起π相位差的电压称为半波电压，Vπ或者Vλ/2表示

线性电光效应（Pockels效应）：相位差Δφ与所加电压V

成正比的电光效应(二)电光调制器1.电光强度调制器2.电光位相调制光强透过率三、声光调制弹光效应当一块各向异性的透明介质受外力作用时，介质的折射率发生变化的现象声光效应声波作用于介质时所引起的弹光效应；超声波在声光介质中传播时，介质密度呈现疏密的交替变化，导致折射率大小的交替变化，此时介质可等效为一块相位光栅，引起入射光波衍射。声光效应分类：喇曼-耐斯声光衍射：声波波长长，作用长度小布拉格声光衍射：声波波长小，作用长度大Raman-Nath声光衍射规律：各级衍射光的衍射角满足各级衍射光的极值光强为Bragg衍射衍射条件±1级衍射光强可表示为0级衍射光强可表示为入射光可全部衍射到1级或0级的衍射方向上，效率高1、固有旋光现象旋光：当一束线偏振光通过某种物质时，光矢量方向会随着传播距离而逐渐转动。光轴石英晶体四、磁光调制旋光现象的规律：物质的旋光本领例：胆甾相液晶的α约为18000º/mm旋光色散：旋光本领随波长而改变的现象例：石英晶体的α在光波长为400nm时，为49º/mm，500nm时，为31º/mm，650nm时，为16º/mm唯象解释：将入射线偏光看成是左旋、右旋圆偏光的合成，左旋、右旋圆偏光在物质内部的折射率不同，因而从物质中出射时获得的位相差不等。旋光现象与双折射现象的对比双折射现象是指在各向异性介质中的二正交线偏振光的传播速度不同；旋光现象是指在旋光介质中的二反向旋转的圆偏振光的传播速度不同。旋光现象是一种特殊的双折射现象——圆双折射上述旋光效应是旋光介质固有的性质，称为自然圆双折射两互相垂直的线偏光经过λ/4波片之后，变为左旋圆偏光和右旋圆偏光左旋和右旋圆偏光的振动方程可以表示为合成光强琼斯矩阵左旋圆偏光和右旋圆偏光合成光强经过不同相位延迟装置现象公式性质法拉第效应PBA2、磁致旋光效应磁光效应：在强磁场的作用下，物质的光学性质发生变化。磁致旋光效应（法拉第效应Faradayeffect）：

在强磁场的作用下，本来不具有旋光效应的物质产生了旋光性质。——感应圆双折射3、磁光效应的应用PBAPA45正向(Positivedirection)PA45反向(Reversedirection)特点：法拉第效应的旋光方向决定于外加磁场方向，与光的传播方向无关，即法拉第效应不具有可逆性，而自然旋光效应是可逆的。1)单通光闸2)磁光调制特点:波长可达1.5-5μm功率小调制频率高可达109Hz应用于功率调制

五、电源调制/直接调制定义:

直接将调制信号加载于激光电源，从而使激光器发射的激光强度或激光脉冲参数随调制信号而变化的调制，称为电源调制或直接调制对于半导体激光器，一般采用注入调制电流的方式，来调制激光的强度和位相例：在激光光纤通信中，为提高抗干扰能力和工作的稳定性，多采用脉冲调相六、干涉调制迈克耳逊干涉仪调制光强激光精密计量从开始有测量的时间起，才开始有科学。没有量度，精密科学就没有意义。

——门捷列夫古埃及定义国王的肘拐至中指尖的距离为“一腕尺”，称“库比特”长度计量历史英国在十二世纪初仍以英王亨利一世鼻尖至指尖的距离定为一码德国以十六位最先走出教堂的人脚长的十六分之一定为一个长度单位Foot【补】黄钟律管累黍造尺中国原始社会末期采用“布手知尺”，即以中等人身高姆指至食指之间的距离当作一尺。汉代以后，开始用黍子作为长度单位，即规定一粒黍子的宽度定为一分，十分