9激光偏转1.ppt

1、(二)电光调制,电场是沿着晶体主轴x、y、z中某一个方向加到晶体上的。经常采用的工作方式有两种： 一种是电场方向与通光方向一致，都沿着z轴(光轴)方向，称为纵向运用； 另一种是电场沿z或x或y轴方向，而通光方向与电场方向垂直，称为横向运用。,入射激光经起偏器后，成为振动方向平行于x轴的线偏振光,以纵向运用为例，介绍两种电光调制器的工作原理： 1电光强度调制器,起偏器的偏振方向平行于电光晶体的x轴，检偏器的偏振方向平行于y轴。,入射光的强度Ii表示为 Ii=EE*=2A02 当光通过长度为L的电光晶体后，x和y两分量之间就产生了相位差。若将输出场表示为,在晶体感应主轴x和y方向上分量的幅度和相位

2、均相等。若采用复数形式表示，可将位于晶体表面（z=0）的光场表示为,则由检偏器出射的是该二分量在y轴上的投影之和，即为,相应的输出光强It为,写成三角函数形式应为,因此，光强透过率T为,由于在普克尔电光效应中，与晶体上外加电压V成正比，并且当V=V/2时， ，所以根据比例关系，应有,由KDP晶体的纵向电光效应，其半波电压为,所以，光强透过率为,又由于KDP晶体对一定激光波长进行电光调制时， 为一常 数，因而T将仅随晶体上的外加电压变化。显然，改变加到晶体上的调制电压，即可改变光强透过率，起到了光强度调制的作用。,调制器件应处于线性工作状态。假设调制电压为,显然，如果将工作点选在0点，调制器的输

3、出必将产生信息失真。选择工作点，使调制器工作在线性区。,为使工作点在A点，采用两种方法： 第一，在调制器上再加上一个直流偏压，这个电压叫四分之一波长电压，它相应于产生2的相位差 保证调制器在线性区工作，但增加了电路的复杂性，并且因为调制器的温度变化，会使晶体的四分之一波长电压值随之变化，因而造成工作点的漂移。,第二种方法，在光路中插入一个四分之一波片。光通过晶体和四分之一波片后，两个正交偏振分量间的总相位差为为,可见，透过率与调制信号呈现线性关系。,调制器光强透过率,如果调制信号较小，满足 VMV/2，则近似有,2.电光相位调制器,它是由起偏器和KDP电光晶体组成的。起偏器的偏振轴平行于晶体的

4、感应主轴，电场沿z轴方向加到晶体上。,外电场不改变输出光的偏振状态，只改变其延迟相位。光通过晶体后，相位的变化为,如果外加电场， z=0处的入射光场为Ei=A0cost，则通过晶体后，相位调制的输出光场为,略去常数相位因子项，输出光场可表示为,为相位调制系数。,声光调制器通常由四部分组成，,（三）. 声光调制,(1)为驱动电源 (2)为电声换能器 (3)为声光介质 (4)为吸声器 (或反射器)。,声光介质是声光相互作用的场所。 电声换能器在外电场作用下产生机械振动而形成超声波的，它起将调制电信号转换成声信号的作用。,吸声器放在超声源的对面，用以吸收通过介质的声波，保证器件工作于行波状态。,喇曼

5、乃斯型布啦格型声光调制器，均采取两种工作方式， 一是将零级光作为输出,另一种是将一级衍射光作为输出，其它级次衍射光用光栏档去。 调制信号的变化，改变了声光介质中的超声波场，使其折射率分布发生变化，从而使衍射光的方向、光强和频率发生变化，达到调制之目的。 由声光效应的分析，布喇格型衍射的一级光强满足下面关系：,I1/Ii=sin2(V/2),与电光强度调制器相比较可以看出，它们有相同的函数关系和相同的调制特性曲线关系。当 调制信号较小时，上式可近似表示成； I1/Ii (V/2) 2 根据声光效应的理论分析，上式可进一步表示为 I1/Ii (2LM2/2H)Ps,式中L是光通过超声声柱的长度，H

6、是矩形超声声柱的宽度，M2是声光介质的品质因素，表征该调制器的调制效率，PS是超声功率。,式中V=(2/)nL； 是光通过声光介质时产生的附加相移。,可见，一级衍射光强与声功率PS成正比，而PS又正比于调制电源的功率PE，设PS PE，为电声功率的转换效率，则有,I1 Ii(2LM2/2H) PE,若PE按调制信号规律变化，I1的光强也将随调制信号的规律变化。,评价声光调制器的声光材料优劣采用两个品质因素M1和M2。M2是表征材料调制效率的品质因素，M2越大，调制效率越高。Ml是表征材料的布喇格带宽的品质因素。,（四）、磁光调制,磁光介质置于激光传输光路中，环绕在磁光介质上的线圈通以与调制信号

7、电压成正比的电流， 根据法拉第效应可知，通过磁光介质内光的偏振面旋转角正比于调制信号。如果在磁光介质两端放置起偏器和检偏器，即可类似于电光调制器，把按调制信号变化的偏振面的旋转，转化为输出光的强度调制。,直接将调制信号加载于激光电源，使激光器发射的激光强度或激光脉冲参数随调制信号变化的调制方法，称为电源调制或直接调制。,（五）电源调制,如图是砷铝镓双异质结注入式激光器的输出功率与驱动电流的关系曲线。 当驱动电流大于某一值时，开始发射激光。控制驱动电流的变化，即可得到调制的激光输出。显然，为了获得线性调制 应选择工作点处于持性曲线的线性部分。,调制带宽是半导体激光器的重要特性参量，决定半导体激光

8、器调制带宽的主要因素是半导体激光器本身的激射作用及它的高频等效电路参数。,左图是激光二极管的高频等效电路，RJ、CJ分别为pn结的结电阻和结电容，LS为引线电感，CP为封装电容。,半导体激光通信机的原理图。 其发射机端先将放传送的语音信号送至脉冲调制器，产生调位脉冲电信号，并经过放大，激励半导体激光器，所产生的调制激光通过发射天线，传送至接收机端。,接收天线将收到的调制光会聚到光电二极管上，变换为相应的电信号，经过一系列电信息处理后，即可还原出原始的语音信号。,4.4光偏转,使激光束相对于原始位置作一定规律的偏转扫描。 大屏幕显示、图象传真、雷达的搜索和跟踪、印刷技术及大容量光存储器的寻址检索

9、等应用.,光偏转技术分为两类 模拟式偏转，偏转角连续变化， 数字式偏转，在选定空间中的某些特定位置上，使光束离散(不连续)地偏转。,前者多用于各种显示，后者主要用于光存储。,偏转效率:偏转光强与入射光强之比 即=Id/Ii 反映了光偏转器的光能损失 偏转分辨率表示光束偏转的最大可分辨点数 N=/dv,评价光偏转器的指标：偏转角、扫描速度、偏转效率和偏转分辨率。,dv光束发散角,D光束直径，K是与光束截面形状和强度分布有关的常数),因为dv=K/D 所以偏转分辨率 N= D / K,利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动，改变反射光或折射光的方向。 转镜偏转扫描的优点是： 扫描角度大于30；可分

10、辨象素多，光学损失小等。 反射镜鼓上有n块相同的反射 镜旋转时，每块反射镜依次将入射光束在光屏上扫描一次。 缺点:受电机转速的限制，扫描速度较低。,一. 机械偏转,二、电光偏转,扫描偏转和数字偏转。 1扫描偏转 若入射平面波的波阵面与光楔表面AB平行，并设想有一“空气”A BB 与光楔AA 组成一个长方体棱镜，由于玻璃的折射率n1，AB面上各点的光振动传到A B 面时，将有不同的光程；,从A到A ，完全在玻璃中，其光程为nl, 从B到B ，完全在空气中，其光程为l, A和B之间的其它光振动，都只通过一段玻璃，设在玻璃中所走过的路程为l ，整个光程为nl 十(l-l )l+(n+1)l . 从下

11、到上，光程线性增加。当A点的光振动传到A 时，B点的光振动到了B 点。,可看出，光波的传播方向发生了偏转，波面法线的偏转角度为 =tg-1（nl/d） n为玻璃介质的折射率与空气介质折射率之差，d为玻璃宽度AB. 当很小时 =（nl/d）,（2）电光扫描偏转器,图是一种双棱镜KDP电光偏转器, 是用两块双折射晶体棱镜，代替上图中的玻璃和“空气楔”棱镜，棱镜各边分别沿x 、y 和z轴，但二晶体的光轴反向。,外加电场沿图示z轴方向，光的传播方向沿y 轴方向，它的振动沿x 轴，并且，x 、y 分别是晶体外加电场时的感应主轴。按照晶体的电光效应,完全在上面棱镜内传播的光线A的折射率为 nA=no-（n

12、o363EZ/2） 完全在下面棱镜内传播的光线B所对应的 折射率，因电场符号相对于光轴反号， 所以为 nB=no+ （no363EZ/2） 于是，上下折射率之差n= -no363EZ 因而光束穿过偏转器之后的偏转角 =（nl/d）= no363EZ l/d= no363V l/dh h为z方向晶体的长度,当外加电压变化时，偏转角将成比例地随着变化，可以利用外加电压控制光线的前进方向。,一个电光偏转器所能获得的偏转角很小,为了增加偏转角，而外加电压又不致太高，常将若干个KDP棱镜串接成图所示的结构。其中的棱镜2、3、11、12均为等腰直角棱镜，可以把其中每个棱镜等效地看成由两个光楔拼合而成。通过

13、外加电压，使十三个棱镜的折射率交替变化为,nA=no-（no363EZ/2） 和nB=no+ （no363EZ/2）,则总的偏转角为 12=12（nl/d）= no363V /dh,由于光束宽度和棱镜尺寸的限制，光楔的个数不能太多。由5-12个偏转器组成的多级棱镜偏转器的12 约为几分。,2.数字式偏转,图是一种由电光晶体和双折射晶体组合而成的数字式偏转器。 其中双折射晶体可以将线偏振入射光分解成两束平行出射、振动方向正交的分离光束，其分离度为d。为晶体中该二光束的离散角。 为光轴对入射光波法线的夹角。,偏转器的工作过程如下，当电光晶体未加电压，线偏振光(例如0光)通过它的时候，偏振状态保持不变，仍以o光状态射出晶体，其后，通过双折射晶体，方向不变。,由于双折射晶体的双折射特性，该e光线在晶体内将以与表面法线方向成 角的方向传播，到达晶体输出面时，偏移间距d，然后以平行于原光路的方向射出。 角可以达到6，,偏转器的输出光随着电光晶体加与不加半波电压，分别占据两个地址。,当电光晶 体加上半波电压V /2，线偏振光通过它的时候，偏振面旋转90, o光变成e光。,将N个数字偏转器组合起来，可产生2N个偏转点地址。,它可