讲义6.7-8 光调制器件
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光调制器
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Hale Waihona Puke 1. 把欲传输的信息加载于光波上，对光的参量（振 幅、频率、相位、偏振状态和传播方向等）进行 控制使其发生变化并携带信息的过程称为调制。 2. 一般应用最多的是对光的振幅调制。因为光强与 光的振幅平方成正比例，因此对光的振幅调制也 就是对光强的调制。 3. 调制的目的：对所需处理的信号或被传输的信息 做某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测。
3、强度调制
强度调制由于具有易于实现，无解调失真等优点，因而 是人们大量使用的一种调制方法。
设调制信号为f (q ), 则调制后光强为： I = kf (q ) 可见能实现不失真解调。
• 振幅调制和强度调制的一个共同缺点就是易受到 干扰，如光源的漂移，传输信道的漂移等都可能 使光强发生变化，从而使信号受到干扰。 • 一种行之有效的方法就是所谓的二次调制，即先 将欲传递的信号调制成与振幅无关的形式，如频 率，脉冲等，然后再用这种经过预调制的信号对 光载波进行强度调制，这样所传递的信息便与光 强无关，从而大大提高了其抗干扰性。 • 另一种抑制光源波动影响的方法是设置参考通道， 从参考通道中提取波动（或漂移）的信息，再从 主信道中予以扣除。
几种电光调制器的基本结构图 a) 克尔盒 b) 纵调的普克耳盒
• 当不给克尔盒加电压时， 盒中的介质是透明的， 各向同性的.非偏振光 经过P后变为振动方向 平行P光轴平面的偏振 光。通过克尔盒时不改 变振动方向。到达Q时， 因光的振动方向垂直于 Q光轴而被阻挡（P、 Q分别为起偏器和检偏 器，安装时，它们的光 轴彼此垂直。），所以 Q没有光输出；
I∝A2＝E2sin2(φ/2) φ＝2πklU 2 / λ d 2
克尔效应的时间响应特别快，可跟得上1010Hz的 电压变化，因此可用它来作高速的电光开关。如 果加到克尔盒上的电压是由其它物理量转换来的 调制信号，克尔盒的光输出就要随着信号电压而 变化，这时克尔盒就是电光调制器。 克尔盒中所用的介质，多数都是液体，但也有少 数固体，如铌酸钽钾和钛酸钡晶体等。半波电压 一般为数千伏。
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Hale Waihona Puke 1. 把欲传输的信息加载于光波上，对光的参量（振 幅、频率、相位、偏振状态和传播方向等）进行 控制使其发生变化并携带信息的过程称为调制。 2. 一般应用最多的是对光的振幅调制。因为光强与 光的振幅平方成正比例，因此对光的振幅调制也 就是对光强的调制。 3. 调制的目的：对所需处理的信号或被传输的信息 做某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测。
3、强度调制
强度调制由于具有易于实现，无解调失真等优点，因而 是人们大量使用的一种调制方法。
设调制信号为f (q ), 则调制后光强为： I = kf (q ) 可见能实现不失真解调。
• 振幅调制和强度调制的一个共同缺点就是易受到 干扰，如光源的漂移，传输信道的漂移等都可能 使光强发生变化，从而使信号受到干扰。 • 一种行之有效的方法就是所谓的二次调制，即先 将欲传递的信号调制成与振幅无关的形式，如频 率，脉冲等，然后再用这种经过预调制的信号对 光载波进行强度调制，这样所传递的信息便与光 强无关，从而大大提高了其抗干扰性。 • 另一种抑制光源波动影响的方法是设置参考通道， 从参考通道中提取波动（或漂移）的信息，再从 主信道中予以扣除。
几种电光调制器的基本结构图 a) 克尔盒 b) 纵调的普克耳盒
• 当不给克尔盒加电压时， 盒中的介质是透明的， 各向同性的.非偏振光 经过P后变为振动方向 平行P光轴平面的偏振 光。通过克尔盒时不改 变振动方向。到达Q时， 因光的振动方向垂直于 Q光轴而被阻挡（P、 Q分别为起偏器和检偏 器，安装时，它们的光 轴彼此垂直。），所以 Q没有光输出；
I∝A2＝E2sin2(φ/2) φ＝2πklU 2 / λ d 2
克尔效应的时间响应特别快，可跟得上1010Hz的 电压变化，因此可用它来作高速的电光开关。如 果加到克尔盒上的电压是由其它物理量转换来的 调制信号，克尔盒的光输出就要随着信号电压而 变化，这时克尔盒就是电光调制器。 克尔盒中所用的介质，多数都是液体，但也有少 数固体，如铌酸钽钾和钛酸钡晶体等。半波电压 一般为数千伏。
光调制器_基本原理与结构
Copyright Wang Yan
Optical fiber communications 1-14 2011-10-30
Copyright Wang Yan
1. 工作原理：延迟器 工作原理： 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 相位延迟器由各向异性介质构成,在其快慢轴上色折射率不同, 为n1,n2。 n1,n2。 外加电场E 外加电场E
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（2）
若φ（0）＝2π 未加信号时， (v)|V =0 1 加Vπ
v=v
τ = 2 ( π )=0 τ (v)| π =cos 2
调制器的传输系数在 0，两个状态之间转换， 1， 构成光开关 这种强度调制器的工作 速率目前可达几个 ，通过25GHZ GHZ 也是可能的
介电抗渗参数20121031opticalfibercommunications压比克尔效应要低一些线性电光效应所需的电二次电光系数克尔电光效应线性电光系数谱克尔电光效应参数未加电场时的介电抗渗c
Optical fiber communications 1-1
2011-10-30
第六节 光调制器
Copyright Wang Yan
φ = φ (0) - π
V Vπ
rn 3 LE λ0 = π －》Vπ = π 3 纵向 λ0 rn d λ0 Vπ = 3 横向 l rn
半波电压V 决定于调制材料的特性(n r)工作波长 (n和 工作波长λ 半波电压Vπ决定于调制材料的特性(n和r)工作波长λ及d/l
Optical fiber communications 1-6
2011-10-30
Copyright Wang Yan
汽车高级驾驶员考证(基础知识)--6.7.8章
高级汽车驾驶员基础培训
汽车一级维护的内容
底盘
1）检查离合器踏板行程； 2）检查变速箱是否渗漏或损坏； 3）检查等速万向节防尘套是否损坏； 4）检查转向横拉杆球头固定情况、间隙及防尘套是否损坏； 5）检查制动系统是否渗漏或损坏；
高级汽车驾驶员基础培训
汽车一级维护的内容
底盘
高级汽车驾驶员基础培训
每半年的保养内容
用干净的抹布擦净分电器盖内的污物，清除分电器 触点处的污物，消除触点烧蚀的斑痕，检查高速触 点间隙或电子点火系统的磁极间隙，润滑分电器各 润滑点 三滤检查 用压缩空气吹去空气滤清器的灰尘；适 时更换燃油滤清器并清洗管路接头的滤网；更换机 油及机油滤清器。对于国产车还应清洗机油粗滤器、 燃油预滤器和离心式细滤清器。 检查补充冷却液、清洁水箱外表。 检查轮胎的磨损情况，对轮胎实施换位。检查轮毂 轴承预紧情况，如有间隙应调整预紧度。
1)限速 : 减速30% 1 ）机件磨损快。 汽车走合期满应更换润滑油，拆除限
2) 限载 : 减载30% 2 ）故障相对较多。 速片，进行全面调整、紧固，使车辆达到
3）润滑油易变质。 3)加强维护 :选用优质润滑油，严格控制水温，油温。
正常技术状态。
4)合理操作 :启动时“冷摇慢转，低速升温”，慢起步， 4）耗油量相对较大。 慢加油，适时换档，慢刹车。 5）紧固件易松动。
每月的保养内容
外部检查 巡视汽车，检查灯泡及灯罩的损坏情况； 检查车体饰物的固定情况；检查倒车镜的情况 检查轮胎的磨损情况，清理行李厢；接近轮胎的磨 耗记号时应更换轮胎，检查轮胎有没有鼓包、异常 主要磨损、老化裂纹和硬伤等情况。 清洁打蜡 彻底清扫汽车内部；清洁水箱外表、机 油散热器外表和空调散热器外表上的杂物。 检查底盘有没有漏油的现象，发现有漏油痕迹，应 检查各总成的齿轮油量并进行适当的补充，对底盘 所有的油嘴进行充分的补脂作业。
哈工大学电力电子习题集6.7.8
U0 =
20 1 Ui = × 220 = 127V 20 + 40 3
U 0 2 127 2 P0 = = = 3226W R 5
（3）
λ = cos ϕ1 = 1
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文件:
电力电子技术47.9
电力章 习题（2）
第1部分：填空题 1.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为交 交变频电路 。 2.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由输出电流方 向决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据输出电压与电流的方 向是否相同决定的。 3.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路 的输出上限频率约为20Hz 。 4.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即公共交流母线进线方式和 输出星形联接方式 ，其中主要用于中等容量的交流调速系统是公共交流母 线进线方式 。 5.矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。它采用的开关 器件是全控型器件；控制方式是斩控方式 。
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文件:
电力电子技术47.10
电力电子技术
组合变流电路 (3)
第6章 习题（2）
第2部分：简答题 1.画出单相交交变频电路的基本原理图并分析其基本工作原理。（略） 2.交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？ 答: 交交变频电路的优点是：只用一次变流，效率较高；可方便地实 观四象限工作：低频输出波形接近正弦波。 缺点是：接线复杂，受电网频率和变流电路脉波数的限制输出频率较 低；输入功率因数较低；输入电流谐彼含量大，频谱复杂。 交交变频电路主要用于500kw或 1000kw以上的大功率、低转速的交流 调速电路中。 3.单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不 同？ 答：电路结构相同，但工作方式不同： 单相交交变频电路是交流输出，为此两组桥在交流输出的每个周期内都要 切换，且控制角要不断变化，使输出电压按照正弦规律变化。 反并联可控整流电路是直流输出，稳态时控制角不变，只有在电机运行状 态变化时，两组桥才进行切换。
第六章 光调制器件
I∝A2＝E2sin2(φ/2) φ＝2πklU 2 / λ d 2
现作如下的讨论： 1）如果U=0，则φ=0，I=0。这是不给克尔盒加电压，Q无 光输出时的情形。 2）如果 U =d (λ/ 2kl) 1/2，则φ＝π，I∝E2。这是给克尔盒加 电压，而所加的电压又满足上式的情形，这时o、e光的相位 差为φ＝π，Q有最大的光输出。o、e光相位差等于π，相应 的光程差为λ/2，即(ne-no)l=λ/2。这时克尔盒的作用，相当于 一个1/2波片。所以，将满足这一条件的电压称为半波电压， 记以Uλ/2或Uπ。 3）如果0＜U＜Uλ/2，则0＜φ＜π，I∝E2sin2(φ/2)。这即是介 于以上二者之间的情形。Q将因φ的不同而要阻挡一部分光， Q的光输出，将是以φ/2为参量，按正弦平方的规律变化。
§6-2 声光调制器件与偏转器件
• 声波在介质中传播时，会引起介质密度 （折射率）周期性的变化，可将此声波 视为一种条纹光栅，光栅的栅距等于声 波的波长，当光波入射于声光栅时，即 发生光的衍射。
6.2.1 声光器件的基本结构
• 声光器件是基于声光效应的原理来工作 的，分为声光调制器和声光偏转器两类， 它们的原理、结构、制造工艺相同，只 是在尺寸设计上有所区别。
由于发光强度I正比于振幅的平方，则有 I∝A2＝E2sin2(φ/2) 此式对于克尔盒和泡克耳斯盒都适用， 其中的φ随着盒中介质的不同而不同。 对于具有克尔效应的介质，理论分析 指出，o、e光通过厚度为l的介质后，所产 生的相位差为
φ＝2πklU 2 / λ d 2
式中，k称为克尔系数，与介质种类有关； U为加到克尔盒两电极板上的电压；d为两 电极板间的距离。可见，克尔盒中φ与U的 平方成线性关系。
内调制：
基本的直接调制方式
光学调制器的组成种类和作用
光学调制器的组成种类和作用光学调制器（Optical Modulator）是一种将电信号信息转换成光信号的装置。
它通过调制输入光信号的一些特性（如相位、振幅、频率或强度）来实现对光信号的调制和控制。
光学调制器广泛应用于光通信、激光雷达、光学传感等领域。
本文将介绍光学调制器的组成、种类和作用。
一、光学调制器的组成1.光源：光源是光学调制器的起始点，它产生的光信号经过调制器芯片进行调制，并最终被电光调制器转换成电信号。
常见的光源有激光二极管、半导体激光器等。
2.调制器芯片：调制器芯片是光学调制器的核心组件，它负责对输入光信号进行调制。
调制器芯片通常是由一种具有特定光学特性的材料制成，如晶体、玻璃、光纤等。
调制器芯片的种类决定了光学调制器的调制方式和调制效果。
3.电光调制器：电光调制器是用来将电信号转换成光信号的部分。
它通过激励或改变调制器芯片的光学特性，使其能够根据输入电信号的变化改变光信号的特性。
电光调制器的种类很多，常见的有电吸收调制器（EAM）、电波导强度调制器（IMOD）等。
4.功率放大器：功率放大器是用来增强光信号功率的部分，它可以将调制后的光信号放大到足够的强度以便传输和检测。
5.检测器：检测器是用来检测和解码接收到的光信号的部分。
它将接收到的光信号转换成电信号，并经过解码处理后得到原始的电信号信息。
二、光学调制器的种类1.按照调制方式分类：-幅度调制器（AM）：调制的是光信号的振幅，常见的有电吸收调制器（EAM）。
-相位调制器（PM）：调制的是光信号的相位，常见的有晶体光学调制器（EO）。
-频率调制器（FM）：调制的是光信号的频率，常见的有电吸收调制器（EAM）。
2.按照频率响应分类：-直流调制器：调制频率范围在几百赫兹以下，一般用于低速传输系统。
-射频调制器：调制频率范围在几百赫兹至几十千兆赫兹，适用于高速传输系统。
-微波调制器：调制频率范围在几十千兆赫兹以上，适用于超高速传输系统。
免耕6.7.8型说明书26.5新版
执行标准：Q／ＬＹＸＬ001-2014洛阳市鑫乐机械设备有限公司企业标准——《全还田防缠绕免耕施肥播种机》2BMQF—6/12、7/14、8/16型全还田防缠绕免耕施肥播种机使用说明书洛阳市鑫乐机械设备有限公司目录前言 (3)一.用途范围 (5)二．安全注意事项及警示标志 (5)三．主要技术规格 (8)四．构造与工作原理 (9)五．使用与调整方法 (10)六．传动与润滑 (14)七．维护保养与存放 (14)八．常见故障及排除方法 (16)九．附录1 主要标准件、易损件及随机技术文件 (17)十．附录2 用户须知及三包凭证 (18)前言首先感谢您购买使用本公司产品！温馨提示本说明书主要对2BMQF—6/12 、7/14 、8/16型系列全还田防缠绕免耕施肥播种机的用途、构造、技术参数、性能指标、使用、安全操怍、保养及常见故障的排除等方面作了必要的介绍，用户在使用机具前务必详细阅读本说明书。
为适应保护性耕作需要，我公司与洛阳市农业机械化研究所，共同承担的国家科技攻关项目，保护性耕作专用机具----全还田防缠绕免耕施肥播种机，经过几年的不懈努力，在不同地区、不同作业环境、不同土壤大面积应用，按照保护性耕作的要求目标，各项性能良好，获得成功！得到农业部专家的肯定，被老百姓称为“懒汉种田”，深受机手和农户的青睐。
目前已形成系列产品，投入批量生产。
主要特点是：一．复式作业，一次完成。
该系列机型装备了具有自主知识产权的圆盘锯齿组合刀（专利号：ZL201220208974.5）,一次实现对种植苗带处秸秆和根茬的铡切、分离、开沟、碎土、施肥、播种、镇压等多道工序，实现对小麦、玉米、大豆等作物的免耕施肥播种。
真正做到“懒汉”种田，节本增效。
二．秸秆和土壤有效分离，种子着床好。
该系列机型配置的圆盘锯齿与开沟器巧妙组合，能将秸秆和根茬分离到背垄上，再有少量土覆盖，以利秸秆腐烂，培肥地力。
种子着床在细化过的净土内，镇压封墒效果好，发芽率高，苗全、苗壮，无疙瘩苗和缺苗断垄现象。
光调制器
π
k d 2π F
S
π
各处 F不同→各处 不同→出现干涉条纹
F
S
变→
变→干涉情况变
S
二、电致双折射(电光效应)
1.克尔效应(二次电光效应)
+
45
45
P1 克尔盒 -
l
P2 d
盒内充某种液体 如硝基苯（C6H5NO2） • 不加电场→液体各向同性→P2不透光 • 加电场→液体呈单轴晶体性质
E0 E0
x y
e e
i i
x y
几种偏振态的琼斯矢量表示形式
1.线偏振光
y x 0或 0
E
1 E0
E0 E0
coseix sin ei x
ei x
cos sin
E~x E0xeix E0 coseix
E~y
E0
y
i
e
y
E0 sinei y
E
cos sin
1. 0 沿x轴的线偏振光
E
1 0
2. 45为光矢量与x轴成45角的线偏振光
E
1 1 2 1
3. 90为光矢量沿y轴的线偏振光
E
0 1
4.椭圆偏振光 y x 0
可分解为一组正交的线偏振光
E
a b
a10
b10
也可分解成一组正交的圆偏振光
E
a b
1 2
(a
ib)1i
1 2
(a
激光器单元技术
➢ 同步性能， Q 开关应能够精确地控制，与外界信号 保持同步。
调Q激光器构造示意图
二、实现Q开关旳措施
能够使谐振腔损耗发生突变旳元件都能用作Q开关
• 机械调Q技术 转镜调Q技术－－－主动式Q开关 • 电光调Q技术 －－－主动式Q开关 • 声光调Q技术 －－－主动式Q开关 • 染料调Q技术 －－－被动式Q开关
机械调Q技术旳劣势： 较低旳开关转换率，即开关时间过长；
机械调Q技术合用于连续式激光器旳调Q
2.电光调Q技术
利用晶体旳电光效应实现Q旳突变
一般来讲，电光调Q激光器旳Q开关由起偏器和一种电 光晶体构成：
➢电光调Q技术原理
Q开关关状态：
激光器产生旳激光，经过起偏器后，变成线偏振光，若给电 光晶体一合适电压，４分之一波电压，则经反射镜反射回旳 偏振光将垂直偏振器旳偏振方向，无法经过偏振器，此时， 谐振腔旳损耗很大，处于低Q状态，激光器不振荡；
➢声光调Q技术特点
• 有低旳动态损耗和低旳插入损耗; • 能够实现反复连续旳激光脉冲输出； • 同步性能好；开关速度较慢，开关时间在１００ns以上;
4.染料调Q技术原理
• 利用有机材料对光旳吸收系数会伴随光强变化旳特征 来到达调Q旳目旳。
染料调Q技术原理图
➢染料调Q技术旳特点
• 有极高旳动态损耗（>９９％）和插入损耗 ; • 与外界信号无同步特征，属被动调Q；
脉冲调制方式具有较强旳抗干扰能力， 光通信中得到广泛旳应用。
利用电光、声光和磁光等物理效应，经过调 制器来控制和变化激光旳振幅、相位、偏振 态和光强以及传播方向等参量，是激光调制 旳主要措施。激光调制技术在能量和信息光 电子领域有着广泛而主要旳应用。
6.2 电光调制（Electro Optic Modulation） 一、 电光效应(EO Effect)
调Q激光器构造示意图
二、实现Q开关旳措施
能够使谐振腔损耗发生突变旳元件都能用作Q开关
• 机械调Q技术 转镜调Q技术－－－主动式Q开关 • 电光调Q技术 －－－主动式Q开关 • 声光调Q技术 －－－主动式Q开关 • 染料调Q技术 －－－被动式Q开关
机械调Q技术旳劣势： 较低旳开关转换率，即开关时间过长；
机械调Q技术合用于连续式激光器旳调Q
2.电光调Q技术
利用晶体旳电光效应实现Q旳突变
一般来讲，电光调Q激光器旳Q开关由起偏器和一种电 光晶体构成：
➢电光调Q技术原理
Q开关关状态：
激光器产生旳激光，经过起偏器后，变成线偏振光，若给电 光晶体一合适电压，４分之一波电压，则经反射镜反射回旳 偏振光将垂直偏振器旳偏振方向，无法经过偏振器，此时， 谐振腔旳损耗很大，处于低Q状态，激光器不振荡；
➢声光调Q技术特点
• 有低旳动态损耗和低旳插入损耗; • 能够实现反复连续旳激光脉冲输出； • 同步性能好；开关速度较慢，开关时间在１００ns以上;
4.染料调Q技术原理
• 利用有机材料对光旳吸收系数会伴随光强变化旳特征 来到达调Q旳目旳。
染料调Q技术原理图
➢染料调Q技术旳特点
• 有极高旳动态损耗（>９９％）和插入损耗 ; • 与外界信号无同步特征，属被动调Q；
脉冲调制方式具有较强旳抗干扰能力， 光通信中得到广泛旳应用。
利用电光、声光和磁光等物理效应，经过调 制器来控制和变化激光旳振幅、相位、偏振 态和光强以及传播方向等参量，是激光调制 旳主要措施。激光调制技术在能量和信息光 电子领域有着广泛而主要旳应用。
6.2 电光调制（Electro Optic Modulation） 一、 电光效应(EO Effect)
高二物理竞赛课件：光束调制原理
注：n阶一类贝塞尔函数Jn(x) :
§3.1光束调制原理
e(t) AcJ0 (m)cos(ct c ) Ac Jn (m){cos[(c nm )t c ] n1
(1)n cos[( n )t ]}
c
m
c
(3 11)
角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布 的无穷多对边频组成。
A2 c
2
[1
k
p
a(
t
)]cos2
(c
t
c)
A2 c
2
[1
m
p
cos
m
t
]cos2
(c
t
c )
§3.1光束调制原理 强度调制的过程如下图所示。
强度 调制器
调制信号
t
§3.1光束调制原理
内调制：又称直接调制，指直接调制激光振荡器的 参数，使输出的激光束的某个参数随调制信号而变 化。(如将调制信号作为泵浦电流,多用于半导体激 光器;或者在腔内插入调制器).
§3.1光束调制原理
激光调制分类： 1 按调制器与激光器的关系分,有内调制和外调制。
2 按照激光载波受调制参数分类，可分为: 调幅、调频、调相和强度调制。
设激光载波为： E(t) Ac cos(ct c )
设调制信号为简谐波: am (t) Am cosmt 把调制信号加到振幅上,得调幅信号：
e(t) [A k a (t)]cos( t ) A (1 m cos t)cos( t )
c
am
c
c
c
a
m
c
c
Ac
cos( c t
c )
ma 2
AC
cos[(c
空间光调制器PPT课件
光波荷载信息的特点：
光波频率高，多束光可以在空间交叉 而互不干扰。信息可以多通道并行或交叉传播。
光波以并行方式传递所载荷的信息。信息处理具 有大容量、高速度的特点。
空间光调制器：Spatial Light Modulator(SLM),一种对光 波的空间分布进行调制的器件。
偏振光在扭曲介质中的传播
正型器件：上侧的偏振片光轴与 上侧基板处的液晶取向平行，下 侧的偏振片光轴与下侧基板处的 液晶取向平行。
自然光自上基板至下基板入射液 晶屏，不加电场时光线通过第一 块偏振片变为平行上基板处液晶 取向的偏振光，偏振光被液晶层 旋光，转过90°后正好与下基板 处偏振片的光轴相平行，可以透 过，作为显示器的亮态；
➢ 电极本身不透明，所以像素的有效通光面积与像素总面积 之比——开口率较低，光能利用率比较低。
➢ 数字式微反射镜器件DMD是一种新型的电寻址空间光调 制器。
当写入信号为电光信号时，采用光寻址的方式。 光寻址的空间分辨率通常高于电寻址。 光寻址是并行寻址方式。 光寻址的SLM一般是反射式。
常用的空间光调制器
●近晶型（smectic）液晶
具有二维空间的层状规则性排列，各层间则有一维的顺 向排列。一般而言，此类分子的黏度大，印加电场的应 答速度慢，比较少应用于显示器上，多用于光记忆材料 的发展上。
●胆甾型（cholesteric）液晶
此类型液晶是由多层向列型液晶堆积所形 成，为向列型液晶的一种，也可以称为旋 光性的向列型液晶,因分子具有非对称碳中 心，所以分子的排列呈螺旋平面状的排列， 面与面之间为互相平行，而分子在各个平 面上为向列型，液晶的排列方式，由于各 个面上的分子长轴方向不同，即两个平面 上的分子长轴方向夹着一定角度；当两个 平面上的分子长轴方向相同时，这两个平 面之间的距离称为一个pitch(螺距）。 cholesteric液晶pitch的长度会随着温度的 不同而改变，因此会产生不同波长的选择 性反射，产生不同的颜色变化，故常用于 温度感测器。
半导体激光器原理讲课文档
半导体异质结
• 异质结的作用：
• 异质结对载流子的限 制作用
• 异质结对光场的限制 作用
• 异质结的高注入比
异质结对光场的限制作用
半导体激光器的材料选择
1-能在所需的 波长发光
2-晶格常数与 衬底匹配
半导体激光器的工作原理
基本条件： 1有源区载流子反分
布 2谐振腔：使受激辐射
多次反馈，形成振 荡 3满足阈值条件，使增 益>损耗，有足够的 注入电流。
• 对DFB-LD，激射波长主要由光栅周期和等效折射 率决定，温度升高时光栅周期变化很小，所以Δλb / ΔT 小于0.1nm /℃ 。
F-P-LD与DFB-LD的频率啁啾
工作特性
5.光谱宽度 6边模抑制比 7上升/下降时间 8串联电阻 9热阻
各特性的关系
DFB-LD芯片制造
1. 一次外延生长 2. 光栅制作 3. 二次外延生长 4. 脊波导制作 5. 欧姆接触、减薄 6. 解理成条 7. 端面镀膜 8. 解理成管芯 9. TO-CAN
双异质结激光器
分别限制异质结单量子阱激光器
横模（两个方向）
• 半导体激光器通常是单横 模（基模）工作。
• 当高温工作，或电流加大 到一定程度，会激发高阶 模，导致P-I曲线出现扭折 （Kink），增加了躁声。
• 垂直横模 • 侧横模
• 垂直横模：由异质结各层 的厚度和各层之间的折射 率差决定。
DFB激光器
DFB-LD与DBR-LD
F-P-LD与DFB-LD的纵模间隔
DFB-LD的增益与损耗
工作特性
1.阈值电流 Ith
影响阈值电流的因素： 1. 有源区的体积：腔长、条宽、厚度 2. 材料生长：掺杂、缺陷、均匀性 3. 解理面、镀膜 4. 电场和光场的限制水平 5. 随温度增加，损耗系数增加，漏电流增加，内量子
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电压的大小可调制偏振面偏转的大小 和出射光的强弱。
问题：
还怎么设计实验来验证科尔效应？
xh
sin n sin
2 2
6. 克尔效应的输出光强的数学表述
设Z的方向为光传播方向，
X方向为外加电场方向
建立坐标系
(1) 计算透过偏振片Q的光强的方法
设光的传播方向平行于z轴(垂直于纸面向里); M和 N分别为起偏器P和检偏器Q的光轴方向, 二者彼此垂直;
光振动的分量, 所以, 此时Q就有光输出了。
5 与克尔盒光输出强弱相关的因素
光输出强弱与哪些因素有关？
(1) 与盒中介质的性质有关； (2) 与克尔盒的几何尺寸有关； (3) 与外加电压的大小有关。
对于结构已确定的克尔盒来说, 只与电
压有关，如果外加电压是周期性变化的, 则 Q 的光输出必然也是周期性变化的。
当α=90度，β=0时，AN=0, 光振动面没有发生旋转；
当α=0 度，β=90时，AN=0, 光振动面没有发生旋转； 当α=45 度，β=45时，AN=A(sin(ωt+Φ)-sin(ωt))/2, 光振动面发生了旋转；
A
AN A[sin(t ) cos cos sin t sin sin ]
实现喇曼—奈斯衍射的条件
L 2
2
L为声光相互作用长度
为超声波波长
(2) 布喇格衍射
K sin i N N 2 2k
N=1 sin i 2
B
2
布拉格衍射
i d F / v
可见，偏转角 正比于超声波的 频率， 可以用光束的
场垂直、与外电场夹角为45度时，输出光强各有什么特征？
6. 什么是科尔盒的半波电压？ 7. 什么是声光栅？其栅距是多少？ 8. 声光调制特性是什么？ 9. 磁光介质中光振动面旋转角度Φ与哪些因素有关？ 10. 磁光介质和天然旋光介质有何区别？
光调制器件主要内容
一、电光器件
（一）电光调制器件的基本概念 (二) 电光调制器的工作原理
克耳斯(Pockels)效应;
n E,为常数
线性关系
第二种是折射率的变化量与外电场强 度的平方成比例, 称为克尔(Kerr)效应。
n E ,为常数
2
抛物线关系
泡克耳斯盒
n E
利用泡克耳斯效应制成的调制器, 称为泡克
耳斯盒, 其光学介质为非中心对称的压电晶体。
克尔盒
n E
出射方向信号反
应超声波信号。
布拉格衍射
布拉格衍射成立的条件：
i B K / 2k
L 2
2
i d 2 B
F
v
3.声光调制特性
(1) 定义：声光调制 是利用声光效应将信息加载于光 波上的一种物理过程。
(2) 声光调制的过程：
调制信号是以电信号(调辐)形式作用
若θi=0, 即入射光平行于声光栅的栅线入射时 , 声 光栅所产生的衍射光图案和普通光学光栅所产生的衍 射光图案类似。
在零级条纹两侧 , 对
称地分布着各级衍射光
的条纹 , 而且衍射光强逐
级减弱。这种衍射称为
喇曼一奈斯衍射。
理论分析指出 ,喇曼一奈斯衍射光强和超声 波的强度成正比。利用这一原理来对入射光进行 调制。
2
利用克尔效应制成的调制器, 称为克尔盒, 其中的光学介质为具有电光效应的液体有机物。
2. 两种泡克耳斯盒 n E
泡克耳斯盒又分为纵向和横向调制器两种
3. 两种克尔盒
克尔盒也可分为纵向和横向调制器两种
4. 克尔效应的实验过程
当不加电压时： 盒中的介质是透明的, 各向同性的。振动方向平行 于P光轴的平面偏振光, 通过克尔盒时振动方向不变。
的传播方向有关。
例如, 光线两次通过天然性的旋光物质 , 一次是沿着某个方向 , 另一次是与这个方向 相反 , 观察结果, 振动面并没旋转。 而对磁光物质则不同 , 光线以相反的两个 方向两次通过磁光物质时 , 其振动面的旋转 角是叠加的。 在磁致旋光的情况下 , 可实现多次通过磁 光物质时旋转角的累加效应
于电-声换能器上而转化为以电信号形式
变化的超声场。
当光波通过声光介质时，由于声光作
用，使光载波受到调制而成为“携带”
信息的强度调制波。
(3)声光调制特性
喇曼一奈斯衍射调制： 光强与超声波的强度成正比 布喇格衍射调制： 光偏转角与超声波的频率成正比
三、磁光器件
( 一 ) 法拉第旋光效应
原来没有旋光性的透明介质 , 如水、铅玻璃等
, 放在强磁场中 , 可产生旋光性 , 这种现象称为法拉
第效应。 外磁场产生旋光性的效应，称为法拉第旋光效应 具有外磁场产生旋光性的介质，称为磁光介质
Ｈ
d
法拉第旋光效应
磁光介质在磁场中的旋光规律
把磁光介质放到磁场中 , 使光线平行于磁 场方向通过 , 入射平面偏振光的振动面就会发 生旋转 旋转角度的大小与磁光介质的性质有关、 与光程有关，与磁场强度有关。
右旋或正旋介质 ,V 为正值。 反之 ,使振动面向左旋的 ,则称为左旋介质或 称为负旋介质 ,V 为负值。
磁光介质和天然旋光介质之间的区别：
对于磁光介质, 振动面的旋转方向只决定 于磁场方向 , 与光线的传播方向无关。若光沿 反方向传播，振动面的旋转方向不变；
天然旋光性物质 , 它的振动面旋转方向与光
介电系数和折射率与方向无关, 在光学性质上
是各向同性的；
当受到外电场作用时, 折射率将随外加电
场而变化,介电常数和折射率都与方向有关,即
各向异性；
光在晶体中传播时，可用电场对光学介质
折射率的影响，来实现电场对光束的调制。
（二）电光调制器的工作原理
1. 泡克耳斯效应和克尔效应
电光效应有两种, 一种是折射率的变化 量与外电场强度的一次方成比例, 称为泡
在光路中起偏器P和检偏器Q的光轴彼此垂直, 当
光到达检偏器Q时, 因光的振动方向垂直于Q的光轴方
向，从Q没有光输出;
当给克尔盒加电压时： 盒中的介质具有单轴晶体的各向异性, 通过它 的平面偏振光则会改变其振动方向。 经过起偏器P产生的平面偏振光, 通过克尔盒后
, 振动方向就不再与Q光轴垂直, 在Q光轴方向上有
五、光调制器件 光调制器件包括： 电光调制器件；
磁光调制器件； 声光调制器件；
作业练习题
1. 什么是光调制器件？光调制器件通常可分为哪几类？ 2. 什么是电光效应？
3. 什么是泡克耳斯效应和克尔效应？
4.克尔盒的输出光强与哪些因素有关？ 5. 在横向科尔效应实验中,入射偏振光方向与外电场平行、与外电
Axl Asin sin t
当o、e光达到检偏 器Q时, 只有平行于检 偏器Q光轴N的分量 能通过。通过检偏器
Ayl Acos sin （t ）
Q的光波振幅分量为
AxN Axlsin Asin sin tsin
AyN Ayl cos Acos sin(t )cos
克尔效应的时间响应特别快, 可跟得
上1010Hz的电压变化, 因此可用作高速电
光开关。 如果加到克尔盒上的电压是由其他物 理量转换来的调制信号, 克尔盒的光输出 就要随信号电压而变化, 这时克尔盒就是
电光调制器。
克尔盒中所用的介质, 多数都是
液体, 但也有少数是固体
它们的半波电压Uλ/2或Uπ一般为 数千伏 。
2
1） 如果U=0，则位相差为0，穿过的光强为零
2） 外电压不为零:
2 I A0 A2 sin 2 ( / 2)
2kl(U / d )2
如果： 时，偏转角最大，为极 值 可得：U d (2kl)
1/ 2
此时透过光强为最大，相应的光程差为
/2
(ne no )l / 2
K sin i N N 2 2k
入射角的正弦值等于入射光波长与超声波波长比值 一半的整数倍时，衍射光强为极大值 入射角的正弦值等于超声波波数与入射光波数比值 一半的整数倍时，衍射光强为极大值 Λ和K分别代表超声波的波长和波数
N=0时，称为喇曼-奈斯衍射；N=1时称为布喇 Ey Asin t cos
e光和o光在介质中的传播速度不同。
这两种光在介质的输入端是同相位的, 而 通过一定厚度的介质达到输出端时, 将要
有一定的相位差。设相位差为Φ
Axl Asin sin t
Ayl Acos sin （t ）
α为M与y轴的夹角,β为N与y轴的夹角, α+β=π/2; 外电场
使克尔盒中电光介质的光轴方向平行于x轴; o光垂直于
x方向, e光在x方向.
设光源透过P的光为EM
设 EM=Asinωt
Ex EM sin A sin t sin — Ee
Ey EM cos Asin t cos — Eo
此时科尔盒的作用相当于一个半波片，将 满足该条件的电压称为半波电压，记为:
U / 2或U
3） 如果电压处于0与半波电压之间：
设， 0 U U / 2 , 则
2 2
0
I A sin ( / 2)
光强介于以上两者之间 可见，可以用电压控制光强的输出
(4) 科尔盒的应用
(2) 透过偏振片Q的光强表示式
它们在N方向的合量为
AN AxN AyN A[sin(t ) cos cos sin t sin sin ]
改变P与Q的相对方位设置，可以控制 输出AN
AN A[sin(t ) cos cos sin t sin sin ]
二、声光器件 三、磁光器件
问题：
还怎么设计实验来验证科尔效应？
xh
sin n sin
2 2
6. 克尔效应的输出光强的数学表述
设Z的方向为光传播方向，
X方向为外加电场方向
建立坐标系
(1) 计算透过偏振片Q的光强的方法
设光的传播方向平行于z轴(垂直于纸面向里); M和 N分别为起偏器P和检偏器Q的光轴方向, 二者彼此垂直;
光振动的分量, 所以, 此时Q就有光输出了。
5 与克尔盒光输出强弱相关的因素
光输出强弱与哪些因素有关？
(1) 与盒中介质的性质有关； (2) 与克尔盒的几何尺寸有关； (3) 与外加电压的大小有关。
对于结构已确定的克尔盒来说, 只与电
压有关，如果外加电压是周期性变化的, 则 Q 的光输出必然也是周期性变化的。
当α=90度，β=0时，AN=0, 光振动面没有发生旋转；
当α=0 度，β=90时，AN=0, 光振动面没有发生旋转； 当α=45 度，β=45时，AN=A(sin(ωt+Φ)-sin(ωt))/2, 光振动面发生了旋转；
A
AN A[sin(t ) cos cos sin t sin sin ]
实现喇曼—奈斯衍射的条件
L 2
2
L为声光相互作用长度
为超声波波长
(2) 布喇格衍射
K sin i N N 2 2k
N=1 sin i 2
B
2
布拉格衍射
i d F / v
可见，偏转角 正比于超声波的 频率， 可以用光束的
场垂直、与外电场夹角为45度时，输出光强各有什么特征？
6. 什么是科尔盒的半波电压？ 7. 什么是声光栅？其栅距是多少？ 8. 声光调制特性是什么？ 9. 磁光介质中光振动面旋转角度Φ与哪些因素有关？ 10. 磁光介质和天然旋光介质有何区别？
光调制器件主要内容
一、电光器件
（一）电光调制器件的基本概念 (二) 电光调制器的工作原理
克耳斯(Pockels)效应;
n E,为常数
线性关系
第二种是折射率的变化量与外电场强 度的平方成比例, 称为克尔(Kerr)效应。
n E ,为常数
2
抛物线关系
泡克耳斯盒
n E
利用泡克耳斯效应制成的调制器, 称为泡克
耳斯盒, 其光学介质为非中心对称的压电晶体。
克尔盒
n E
出射方向信号反
应超声波信号。
布拉格衍射
布拉格衍射成立的条件：
i B K / 2k
L 2
2
i d 2 B
F
v
3.声光调制特性
(1) 定义：声光调制 是利用声光效应将信息加载于光 波上的一种物理过程。
(2) 声光调制的过程：
调制信号是以电信号(调辐)形式作用
若θi=0, 即入射光平行于声光栅的栅线入射时 , 声 光栅所产生的衍射光图案和普通光学光栅所产生的衍 射光图案类似。
在零级条纹两侧 , 对
称地分布着各级衍射光
的条纹 , 而且衍射光强逐
级减弱。这种衍射称为
喇曼一奈斯衍射。
理论分析指出 ,喇曼一奈斯衍射光强和超声 波的强度成正比。利用这一原理来对入射光进行 调制。
2
利用克尔效应制成的调制器, 称为克尔盒, 其中的光学介质为具有电光效应的液体有机物。
2. 两种泡克耳斯盒 n E
泡克耳斯盒又分为纵向和横向调制器两种
3. 两种克尔盒
克尔盒也可分为纵向和横向调制器两种
4. 克尔效应的实验过程
当不加电压时： 盒中的介质是透明的, 各向同性的。振动方向平行 于P光轴的平面偏振光, 通过克尔盒时振动方向不变。
的传播方向有关。
例如, 光线两次通过天然性的旋光物质 , 一次是沿着某个方向 , 另一次是与这个方向 相反 , 观察结果, 振动面并没旋转。 而对磁光物质则不同 , 光线以相反的两个 方向两次通过磁光物质时 , 其振动面的旋转 角是叠加的。 在磁致旋光的情况下 , 可实现多次通过磁 光物质时旋转角的累加效应
于电-声换能器上而转化为以电信号形式
变化的超声场。
当光波通过声光介质时，由于声光作
用，使光载波受到调制而成为“携带”
信息的强度调制波。
(3)声光调制特性
喇曼一奈斯衍射调制： 光强与超声波的强度成正比 布喇格衍射调制： 光偏转角与超声波的频率成正比
三、磁光器件
( 一 ) 法拉第旋光效应
原来没有旋光性的透明介质 , 如水、铅玻璃等
, 放在强磁场中 , 可产生旋光性 , 这种现象称为法拉
第效应。 外磁场产生旋光性的效应，称为法拉第旋光效应 具有外磁场产生旋光性的介质，称为磁光介质
Ｈ
d
法拉第旋光效应
磁光介质在磁场中的旋光规律
把磁光介质放到磁场中 , 使光线平行于磁 场方向通过 , 入射平面偏振光的振动面就会发 生旋转 旋转角度的大小与磁光介质的性质有关、 与光程有关，与磁场强度有关。
右旋或正旋介质 ,V 为正值。 反之 ,使振动面向左旋的 ,则称为左旋介质或 称为负旋介质 ,V 为负值。
磁光介质和天然旋光介质之间的区别：
对于磁光介质, 振动面的旋转方向只决定 于磁场方向 , 与光线的传播方向无关。若光沿 反方向传播，振动面的旋转方向不变；
天然旋光性物质 , 它的振动面旋转方向与光
介电系数和折射率与方向无关, 在光学性质上
是各向同性的；
当受到外电场作用时, 折射率将随外加电
场而变化,介电常数和折射率都与方向有关,即
各向异性；
光在晶体中传播时，可用电场对光学介质
折射率的影响，来实现电场对光束的调制。
（二）电光调制器的工作原理
1. 泡克耳斯效应和克尔效应
电光效应有两种, 一种是折射率的变化 量与外电场强度的一次方成比例, 称为泡
在光路中起偏器P和检偏器Q的光轴彼此垂直, 当
光到达检偏器Q时, 因光的振动方向垂直于Q的光轴方
向，从Q没有光输出;
当给克尔盒加电压时： 盒中的介质具有单轴晶体的各向异性, 通过它 的平面偏振光则会改变其振动方向。 经过起偏器P产生的平面偏振光, 通过克尔盒后
, 振动方向就不再与Q光轴垂直, 在Q光轴方向上有
五、光调制器件 光调制器件包括： 电光调制器件；
磁光调制器件； 声光调制器件；
作业练习题
1. 什么是光调制器件？光调制器件通常可分为哪几类？ 2. 什么是电光效应？
3. 什么是泡克耳斯效应和克尔效应？
4.克尔盒的输出光强与哪些因素有关？ 5. 在横向科尔效应实验中,入射偏振光方向与外电场平行、与外电
Axl Asin sin t
当o、e光达到检偏 器Q时, 只有平行于检 偏器Q光轴N的分量 能通过。通过检偏器
Ayl Acos sin （t ）
Q的光波振幅分量为
AxN Axlsin Asin sin tsin
AyN Ayl cos Acos sin(t )cos
克尔效应的时间响应特别快, 可跟得
上1010Hz的电压变化, 因此可用作高速电
光开关。 如果加到克尔盒上的电压是由其他物 理量转换来的调制信号, 克尔盒的光输出 就要随信号电压而变化, 这时克尔盒就是
电光调制器。
克尔盒中所用的介质, 多数都是
液体, 但也有少数是固体
它们的半波电压Uλ/2或Uπ一般为 数千伏 。
2
1） 如果U=0，则位相差为0，穿过的光强为零
2） 外电压不为零:
2 I A0 A2 sin 2 ( / 2)
2kl(U / d )2
如果： 时，偏转角最大，为极 值 可得：U d (2kl)
1/ 2
此时透过光强为最大，相应的光程差为
/2
(ne no )l / 2
K sin i N N 2 2k
入射角的正弦值等于入射光波长与超声波波长比值 一半的整数倍时，衍射光强为极大值 入射角的正弦值等于超声波波数与入射光波数比值 一半的整数倍时，衍射光强为极大值 Λ和K分别代表超声波的波长和波数
N=0时，称为喇曼-奈斯衍射；N=1时称为布喇 Ey Asin t cos
e光和o光在介质中的传播速度不同。
这两种光在介质的输入端是同相位的, 而 通过一定厚度的介质达到输出端时, 将要
有一定的相位差。设相位差为Φ
Axl Asin sin t
Ayl Acos sin （t ）
α为M与y轴的夹角,β为N与y轴的夹角, α+β=π/2; 外电场
使克尔盒中电光介质的光轴方向平行于x轴; o光垂直于
x方向, e光在x方向.
设光源透过P的光为EM
设 EM=Asinωt
Ex EM sin A sin t sin — Ee
Ey EM cos Asin t cos — Eo
此时科尔盒的作用相当于一个半波片，将 满足该条件的电压称为半波电压，记为:
U / 2或U
3） 如果电压处于0与半波电压之间：
设， 0 U U / 2 , 则
2 2
0
I A sin ( / 2)
光强介于以上两者之间 可见，可以用电压控制光强的输出
(4) 科尔盒的应用
(2) 透过偏振片Q的光强表示式
它们在N方向的合量为
AN AxN AyN A[sin(t ) cos cos sin t sin sin ]
改变P与Q的相对方位设置，可以控制 输出AN
AN A[sin(t ) cos cos sin t sin sin ]
二、声光器件 三、磁光器件