第六章激光调制技术
光调制技术
光调制 技术
由此可见 1)各向异性晶体中P每一个分量都与E的三个分量存在着线 性关系，P不再与E同向； 2)坐标系确定后 ij均为常量， ij 的大小取决于晶体的结 构和三个坐标轴相对于晶格结构的选择情况。
D E 0 E P 0 (1 )E
通过坐标系的恰当选择．使得张量的非对角元素等于零
晶体的主介 电坐标系
22
0
0 0 33
0 0 33
光在晶体中的传播
在直角坐标系中
x 0 0 0
光调制 技术
考虑对称性后： 低级晶族 中级晶族
y
0
0 0 z
晶体光学基础
2.二维点阵（平面点阵）
光调制 技术
3.三维点阵（空间点阵）
晶体光学基础
晶体基本重复单元，称为晶胞。 晶胞常量： 三个棱长： a0 , b0 , c0 棱与棱之间的夹角： , , 晶体原胞的选择原则为： 1)所选择的平行六面体应该能够反映整个空间点阵的对 称性，也即平行六面体的对称性应与空间点阵的对称性一 致。 2)在不违反空间点阵对称性的条件下，平行六面体上棱 与棱之间的直角关系应力求最多。 3)在符合以上两项原则的基础上，平行六面体的体积应 最小。
光在晶体中的传播
光调制 技术
•晶体光学特性的几何表示 2 2 1 2 E k02 n12 k y k z2 Ex k x k y E y k x k z Ez 0 P 2 E 2 2 0 2 c t t 2 k y k x Ex k02 n2 k x2 k z2 E y k y k z Ez 0 j (t k r ) 2 2 E E 0e k z k x Ex k z k y E y k02 n3 k x2 k y Ez 0
激光物理学中的激光放大和调制技术
激光物理学中的激光放大和调制技术激光放大和调制技术是激光物理学中的两个重要研究领域。
激光放大技术是指通过将激光光束传输到某个介质中，使其增加功率和能量的过程。
而激光调制技术是指通过调节或改变激光光束的特性，实现对信息的传输、处理和控制。
一、激光放大技术激光放大技术主要是指通过对激光光束进行增强，提高其功率和能量。
常见的激光放大器有固体激光器、气体激光器和半导体激光器等。
这些激光放大器利用激光共振腔和激光介质的相互作用，通过受激辐射的过程，将输入的激光能量放大。
在激光放大技术中，激光共振腔起到了至关重要的作用。
激光共振腔是一个能够反射激光的光学器件，它能够不断地将激光束来回反射，从而使激光与激光介质的相互作用增强。
通过适当的调整激光共振腔的结构和参数，可以实现对激光光束的放大。
此外，激光放大技术还可以利用增益介质来实现放大效果。
增益介质是指在光谱范围内具有较高吸收系数的材料，当激发光束通过增益介质时，其能量被传递给介质中的激发粒子，从而使激发粒子进行受激辐射，产生更多的光子，进而实现激光放大。
常用的增益介质有Nd:YAG晶体和CO2气体等。
二、激光调制技术激光调制技术是指通过改变激光光束的一些特性，如强度、频率和相位等，来实现对信息的传输和控制。
激光调制技术在通信、雷达、光纤传输等领域有着广泛的应用。
激光调制技术有许多种类，最常见的包括：强度调制、频率调制和相位调制。
其中，强度调制是指通过调节激光的强度来表示信息，而频率调制是利用改变激光光束的频率来传输信息，相位调制是通过改变激光光束的相位来实现信息的传输。
激光调制技术的实现方法也有多种。
例如，使用电光调制器可以通过改变电场的强弱来控制光波的相位和强度；利用光波的干涉和多普勒效应也可以实现激光的调制。
这些方法可以根据具体的应用需求来选择合适的调制技术。
总结起来，激光放大和调制技术在激光物理学中具有重要的研究意义和广泛的应用价值。
激光放大技术通过增强激光光束的功率和能量，实现对激光信号的放大；激光调制技术通过调节激光的特性，实现对信息的传输和控制。
激光原理与激光技术 第六章
激光的电场强度是：
ec (t ) Ac cos(ct c )
振幅 角频率 相位角
（6.1.1）
激光调制按其性质可以分为：调幅、调频、调相以及强度
调制等。
一、振幅调制
定义：载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡。 如果调制信号为： 则调幅表达式为： 将上式展开：
(t ) Am cos mt
k f —比例系数，m f (0) / m —调频系数
同样调相波的总相角： 调相波的表达式：
(t ) c t c k Am cos mt
（6.1.6）
e(t ) Ac cos(c t m cos mt c )
m k Am —调相系数
（6.2.7）
将式（6.2.7）代入（6.2.3），得到晶体加电场后的新折射率椭球方程式：
x2 y 2 z 2 2 2 2 41 yzEx 2 41 xzE y 2 63 xyEz 1 （6.2.8） 2 n0 n0 ne
外加电场导致“交叉”项出现，椭球主轴不再与x、y、z轴平行。
m Am / Ac 为调幅系数。
由上式可得调幅波频谱，由中心载频分量、两个边频分量构成。 （6.1.4）
Ac
m Ac 2 m Ac 2
c m
c c m
调幅波频谱
图6.1.1
如果调制信号是一个复杂的周期性信号，调幅波频谱：由载频分量和
两个边频带构成。
二、频率调制和位相调制
（6.2.6）
52
0
41 52 ，将式（6.2.6）代入（6.2.5）：
1 1 2 0, 2 41 Ex n 1 n 4 1 1 2 0, 2 41 E y n 2 n 5 1 1 2 0, 2 63 Ez n 3 n 6
新激光第六章激光器模式选择技术PPT课件
实现模式匹配需要对激光器的结构参数进行调整，如改变反射镜的曲率半径、调整激光介 质的折射率分布等。同时，还需要对激光器的工作条件进行优化，如控制泵浦源的功率、 调整冷却水的温度等。
模式稳定性分析
01
模式稳定性定义
模式稳定性是指激光器在长时间运行过程中，输出光束模式的稳定性和
一致性。
02 03
80%
法布里-珀罗标准具
一种具有极高光谱分辨率的光学 滤波器，可用于精确选择特定波 长的纵模。
100%
光纤光栅
利用光纤光栅的波长选择性反射 特性，实现特定波长的纵模选择 。
80%
声光调制器
通过声光效应改变谐振腔内光场 的分布，从而控制特定纵模的增 益或损耗。
03
激光器横模选择技术
横模产生原因及影响
采取隔离措施，如使用隔震平 台、减少外部振动对激光器的 影响，以及降低环境温度波动 等，可以提高激光器的模式稳 定性。
采用自适应控制技术
通过自适应控制技术，如自适 应光学系统或电子控制系统， 可以实时监测并调整激光器的 输出光束模式，以保持其稳定 性和一致性。
05
新型激光器模式选择技术探讨
微纳激光器模式选择技术
纵模影响
多个纵模同时存在会导致激光输 出光谱展宽、功率不稳定、光束 质量下降等问题。
纵模选择方法
被动选择法
利用谐振腔的自然选模特性，通过调 整腔长、反射镜反射率等参数实现纵 模选择。
主动选择法
在谐振腔内引入额外的光学元件或非 线性效应，主动控制特定纵模的增益 或损耗，实现纵模选择。
典型纵模选择器件
量子点模式选择
01
通过控制量子点的尺寸、形状和组成，实现量子点激光器的模
激光调制的原理和应用
激光调制的原理和应用1. 激光调制的基本原理激光调制是通过改变激光的某些参数来调节激光的强度、频率和相位，从而实现激光信号的调制。
激光调制有两种基本方法：干涉调制和直接调制。
1.1 干涉调制干涉调制是利用干涉效应实现激光信号的调制。
一种常见的干涉调制方法是使用马赫－曾德尔干涉仪。
马赫－曾德尔干涉仪由两个反射镜和一个分束器组成，当激光束经过分束器后，会分成两束光，分别经过两个反射镜反射后再次通过分束器合成一束光。
如果在其中一个反射镜上施加电压，会导致反射镜的折射率发生变化，从而影响两束光的相位差，进而调节激光的强度或频率。
1.2 直接调制直接调制是通过改变激光二极管的电流来调节激光的强度、频率和相位。
激光二极管的输出功率与输入电流之间存在线性关系，通过改变电流大小和频率，可以实现对激光的调制。
2. 激光调制的应用2.1 光通信激光调制在光通信中起着重要的作用。
通过调节激光的强度和频率，可以实现光纤通信中的数字信号的调制和解调。
激光调制不仅可以提高信号的传输距离和带宽，还可以减少信号的失真和衰减。
2.2 光存储激光调制也被广泛应用于光存储设备中。
通过调节激光的强度和相位，可以实现光存储器中的数据的写入和读取。
激光调制可以实现高密度、高速度的数据存储，并具有较长的寿命和稳定性。
2.3 激光雷达激光调制在激光雷达中也扮演着重要的角色。
激光调制可以通过调节激光的强度和频率，实现对目标的距离、速度和方位的测量。
激光雷达可以在复杂环境下实现高精度的距离测量和目标识别。
2.4 激光医疗激光调制在医疗领域也有广泛的应用。
通过调节激光的强度和频率，可以实现激光在组织中的热效应和光化学效应。
激光调制可以用于激光治疗、激光手术和光动力疗法等医疗技术。
2.5 激光制造激光调制在激光制造中起着重要的作用。
通过调节激光的强度、频率和相位，可以实现激光的加工、切割、焊接和打孔等工艺。
激光调制可以实现高精度、高效率和非接触的工件加工。
激光调制
2 A 2 c I ( t ) 1 m cos t cos (c t ) p m c 2
对mp的要求：mp＜1，这样就要求：
I 0 1 m s i n t I 波 形 不 失 真 p m 0 2
§1.1.3
频率调制和相位调制━━简称调频和调相
使光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振荡。因为这两 种调制波都表现为总相角 (t) 的变化，因此统称为角度调制。 对于调频，就是(1.1-1)式 e ( t ) A cos( t ) 中的角频率ωc 不再 c c c c
是常数，而是随调制信号而变化, 即:
( t ) ( t ) k a ( t )
考虑经过光强调制以后不失真，则平均光强应选在 I0/2 。 则:
2 A 2 c I ( t ) 1 k a ( t ) cos ( t ) p c c 2
k p 为比例系数。设调制信号是单频余弦波 a 式中， ( t ) A cos( t ), m m
(1.1-14)
外调制：用调制信号改变调制器的物理特性，使光波的某参量受到调制。
内调制特点：
优点： 调制效率高； 缺点：因腔内损耗增加，
降低了输出功率，
调制带宽受限。
外调制特点： 优点：输出功率不变； 调制带宽大； 缺点：调制效率低。
激光调制按其调制的性质可以分为振幅、强度、频率、位相调制等。
§1.1.1 振幅调制 振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。 设激光载波的电场强为：
激光光波的电场强度是：
e ( t ) A cos( t ) c c c c
激光调制技术
变化的
（二） （一） 电光强度 物理基础 调制
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
Laser beam Modulation Technology
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2.电光调制
1.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。
光学谐振腔 全 反 射 镜 泵浦源
Laser beam Modulation Technology
实现粒子数反转 满足阈值条件和谐振条件
部 分 反 射 镜
输出 激光
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1.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。
总
结
◆将信息加载于激光的过程即为调制
◆在不同的应用环境中，需采用不同的激光调制技术，由此延 伸出了多种激光调制技术
展
未来，激光器将向大功率、大电流、小型化、高集成方向发展 相应的，激光调制技术也应与时俱进，以提供更高精度、更稳定 的激光调制作用！！！
Laser beam Modulation Technology
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2.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
（一） 物理基础
光轴：光沿光轴方向传播不产生双折射
一次项γE ：线性电光效应、Pockels效应 二次项hE2：二次电光效应、Kerr效应
光电子技术电子课件-激光调制
激光调制激光具有很好的时间相干性和空间相干性。
它和无线电波一样，易于进行调制；光波的频率很高，能够传递的信息量大；光束的方向性很好，发射角小，用它传递信息时，易于保密，并且能够传递较远距离。
所以激光是传递信息的一种极为理想的光源。
要用激光作为传递信息的工具，首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上的问题。
把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制，完成这一过程的装置称为激光调制器。
由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程称为解调。
激光实际上只起到了“携带”低频信号的作用，所以称为载波，而起控制作用的低频信号是需要传递的信息，称为调制信号，被调制的载波称为已调波或调制光。
把激光调制比作人坐车，则人相当于低频信号，即调制信号，激光相当于车，人在车上相当于已调波，人下车相当于解调。
一、激光调制的种类按调制的性质而言，激光调制与无线电波调制相类似，可以采用连续的调幅、调频、调相及脉冲调制等形式。
（1）调幅调幅就是使光载波的幅度随着调制信号的变化规律而改变。
（2）调频和调相—角度调制调频或调相就是使光载波的频率或相位，随着调制信号的变化规律而改变。
因为这两种调制波都表现为总相角的变化，故统称为角度调制。
（3）脉冲调制在目前的光通信中，还广泛采用一种在不连续状态下进行调制的脉冲调制和数字调制。
先进行电调制，再对光载波进行光强度调制。
强度调制是指光载波的强度（光强度）随调制信号变化的调制。
这种调制是把模拟信号先转换成电脉冲系列，进而变成代表信号信息的二进制编码（PCM 数字信号），再对光载波进行强度调制来传送信息。
要实现脉冲编码调制，需要经过三个过程：抽样、量化和编码。
1）抽样抽样就是把连续的信号波分割成不连续的脉冲波，用一定周期的脉冲序列来表示，且脉冲列（称为样值）的幅度是与信号波的幅度相对应的。
2）量化：量化就是把抽样之后的脉冲调制波做分级取“整”处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。
3）编码：编码是把量化后的数字信号转换成对应的二进制代码的过程。
激光调制与偏转
偏转的物理效应
光路改变
当光束遇到反射镜或折 射透镜时，其传播路径
会发生弯曲。
光束发散
经过反射或折射后，光 束的发散角可能会增大
或减小。
能量损失
在反射、折射过程中， 光束的能量可能会有所
损失。
波前畸变
在特定情况下，光束的 波前可能会发生畸变， 导致光束的形状和大小
发生变化。
03
激光调制与偏转的应用
调制的主要目的是提高信息的 传输效率和可靠性。
激光调制的分类
01
02
03
直接调制
通过控制激光器的输入电 流或电压等参数，实现对 激光输出频率或功率的调 制。
间接调制
利用外部光调制器对激光 进行调制，通过改变光调 制器的参数实现激光输出 特性的调制。
调相、调幅、调频
根据调制后激光输出特性 的不同，可以将激光调制 分为调相、调幅和调频三 种类型。
激光调制与偏转
contents
目录
• 激光调制原理 • 激光偏转原理 • 激光调制与偏转的应用 • 激光调制与偏转的挑基本概念
调制是将信息加载到载波信号 上的过程，使得载波信号的某 些参数随信息信号变化。
调制是通信系统中的关键技术， 用于将信息信号转换成适合传 输的形式。
偏转角度控制
精确控制激光偏转角度是技术上 的难点，需要高精度的光学系统 和精密的控制系统。
稳定性问题
激光调制和偏转过程中，可能会 受到环境因素（如温度、振动） 的影响，导致稳定性问题。
发展趋势
高速调制技术
随着光电子技术和微电子技术的不断发展，未来激光调制速度有 望实现大幅提升。
智能控制技术
利用先进的算法和控制系统，实现激光偏转角度的高精度、快速、 稳定控制。
激光调制原理
激光调制分为内调制和外调制两类。
内调制是指加载的调制信号在激光振荡的过程中进行，以调制信号的规律去改变振荡的参数，从而达到改变激光输出特性实现调制的目的。
例如通过直接控制激光泵浦源来调制输出激光的强度。
内调制也可在激光谐振腔内放置调制元件，用信号控制调制元件，以改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特性实现调制。
外调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发生相的变化，当激光通过它时即得到调制。
所以外调制不是改变激光器参数，而是改变已经输出的激光的参数（强度、频率等）。
外调制是当前人们较重视的一种调制方法。
激光调制与无线电波调制相类似，激光振荡的瞬时电场也可表示为：ec(t)=Accos(wct+ψc)（20－28）式中Ac为激光振荡的振幅，wc为振荡的角频率，ψc为振荡的相位角。
式（20－28）中，如果振幅、频率和相位均为常数，则ec(t)表示一个未调制的正弦振荡即载波。
如果上述三个参数之一受到外加信号控制而发生变化，则ec(t)就成为已调制振荡。
按照调制波控制参数（Ac、wc或ψc）的不同，激光调制可分为调幅、调频和调相等类型。
按载波的振荡输出方式不同又可分为连续调制、脉冲调制和脉冲编码调制等。
脉冲调制主要分为脉冲调幅（PAM）、脉冲强度调制（PIM）、脉冲调频（PFM）、脉冲调位（PPM）及脉冲调宽（PWM）等类型。
脉冲编码调制（PCM）是先将连续的模拟信号通过抽样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用幅度和宽度相等的矩形脉冲的有、无来表示，再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加在一个调制器上以控制激光的输出。
这种调制形式也称为数字强度调制（PCM／IM）。
激光调制的方法由调制器依据的原理不同常分为电光调制、声光调制、磁光调制、干涉调制、直接调制等。
激光原理第六章
激光原理与技术
当入射光足够强时，由于下能级粒子数的减少 和上能级粒子数的增加，吸收管内物质的吸收系 数将随入射光强之增加而减小，这就是吸收饱和 现象。吸收饱和现象和前面讨论的增益饱和现象 是完全类似的．若把吸收看成负增益，则关于增 益饱和的全部理论均可用于吸收饱和。由于吸收 管内气压很低，吸收谱线主要是多普勒加宽．如 有一频率为1，光强为I1的强光入射，则吸收曲 线出现烧孔，烧孔的宽度为
四、无源腔稳频
外界无源腔的特征频率也可用作稳频的参考频率。 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 信号控制激光器的有效腔长可使激光频率稳定于无源 腔的最佳透过频率，它可用作频分复用光通信的发射 光源。
激光原理与技术
图6.2.10 无源腔稳频示意图
7.3 Q 调 制
一、Q调制激光器工作原理
激光原理与技术
在泵浦激励过程中，当工作物质中反转集居数密 度增加到阈值时就产生激光。超过阈值l时，随着 受激辐射的增强，上能级粒子数大量消耗，反转 集居数迅速下降，直到低于阈值时，激光振荡迅 速衰减。然后泵浦的抽运又使上能级逐渐积累粒 子而形成第二个激光尖蜂。如此不断重复，便产 生一系列小的尖场脉冲。由于每个激光脉冲都是 在阈值附近产生的，所以输出脉冲的峰值功率较 低，一般为几十千瓦数量级。增大输入能量时， 能使尖蜂脉冲的数目增多，而不能有效地提高功 率水平。
一、横模选择
激光原理与技术
谐振腔中不同横模具有不同的损耗是横模选择的 物理基础。在稳定腔中，基模的衍射损耗最低，随 着横模阶次的增高，衍射损耗将迅速增加。
激光器以TEM00模单模运转的充分条件是： TEM00模的单程增益至少应能补偿它在腔内的单程
第六章激光调制技术
6.2.1 电光调制的物理基础 光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而
折射率的分布又与其介电常量（电容率）密切相关。晶体折射率
可用施加电场E的幂级数表示，即 n n0 E bE 2 K
或写成 n n n0 E bE2 K
激光的调制技术和传输技术等；
调Q技术和锁模技术；
选模技术和稳频技术；
激光的频率变换技术。
第6章 激光调制技术
6.1 调制的基本概念
激光是一种频率更高（1013~1015Hz)的电磁波，它具有很 好相干性，因而象以往电磁波（收音机、电视等）一样可以用 来作为传递信息的载波。
由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、符号等) 通过一定的传输通道(大气、光纤等)送到接收器，再由光接收 器鉴别并还原成原来的信息。
尽管激光调制有各种形式，但调制的工作机理主要是基于 电光、声光、磁光等物理效应。本章下面将分别讨论电光调制、 声光调制和磁光调制的基本原理和调制方法。
6.2 电光调制 电光调制的物理基础是电光效应，即某些晶体在外加电场
的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传 输特性就受到影响而改变。
利用三角公式： cos cos 1 cos( ) cos( )2得：源自e(t)Ac
c os ( c t
c )
ma 2
Ac
c os( c
m )t
c
ma 2
Ac
c os( c
m
)t
c
式中，ma Am Ac 称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三
ct k f a(t)dt c ct k f (Am cosmt)dt c
激光调制I
频率调制时角频率随调制信号变化： t c k f a t 调频波的总相角为
t t d t c c k f a t d t c ct k f a (t ) d t c
调制波的表达式为 ec t Ac cos c t m f sin m t c 调频系数
m k Am
调频波和调相波可统一写成
ec t Ac cos c t m sin m t c
调频波和调相波的频谱
将调频调相波按三角公式展开
ec t Ac cos c t c cosm sin m t sin c t c sin m sin m t
可得
Hale Waihona Puke n 1ec t Ac J 0 m cos c t c J 1 m cos c m t c J 1 m cos c m t c J 2 m cos c 2 m t c J 2 m cos c 2 m t c
外调制的特点：
1、外调制调整方便，对激光器没有影响； 2、外调制方式不受激光器件工作速率的限制，故它比 内调制速率高（可高一个数量），调制带宽要宽得 多。
激光调制的形式
按照调制器的工作机理分： 电光调制 声光调制 外调制 磁光调制 直接调制（电源调制） 按调制器的调制对象分： 振幅调制（调幅） 频率调制（调频） 相位调制（调相） 强度调制
利用电光效应实现对光波参量（相位、频率、偏振态和 强度等）的控制 光调制器件 光偏转器件
电光调制的物理基础
1、光波在介质中的传播规律受介质折射率分布的影响， 而折射率的分布又与其介电常量密切相关。 2、介质的介电常量与晶体中的电荷分布有关，当晶体上 施加电场后，将引起晶体电荷的重新分布，并引起介电 常量的变化，导致晶体折射率的变化。 3、折射率是外加电场E的函数，可表示为
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§6.1调制的基本概念
(FM,PM)
初始位相随调制信号变化
(2)频率，相位调制
频率随调制信号变化
(t) c c k f a(t)
(t) ct c k a(t) a(t) A cos(t)
§6.2电光调制
1.电光效应
某些晶体受到外加电场作用，其折射率发生改变，当光通过此介质时， 其传输特性发生改变，这种现象称为电光效应。
介质的折射率成为外电场的函数，即
n(E) n(0) ' E ' E2 L L
或
(
1 n2
)
E
E2
L
L
E 代表Pockel效应，是线性电光效应，只存在于非中心对称介质中
“主轴”的意义
椭球（圆）方程没有交叉项，称
为“主轴化”。
K∥主轴→
rr E / /D
x2 nx2
y2 ny2
z2 nz2
1
折射率椭球的一般形式
入射光的偏振态沿主轴分解为主
轴分量，出射光的偏振态按主轴
分量的相位差相干合成。
(
1 n2
)1
x2
(
1 n2
)2
y2
(
1 n2
)3
z2
2
yz(
1 n2
)4
§6.2电光调▪ 主制轴化以后折射率椭
§6.2电光调制
KDP晶体的Pockel效应（四）
感应主轴的方向
相对于原主轴旋转45o。
KDP晶体变为双轴晶体。
感应主轴的长度
n ;
1 2
n03(n12
)
1 2
n03
63Ez
nx
'
no
1 2
no3 63Ez
ny '
no
1 2
no3 63Ez
nz' ne
§6.2电光调制
r E / /X
2.电光相位延迟（一）
x y
' '
要消除交叉项，则有
cos(2 ) 0 45o
于是，新的“主轴化”方程为
[1 no2
63
Ez
]x
'2
[
1 no2
63Ez ]y '2
1
x '2 nx2'
y '2 n2y '
1
公式1.4
由于nx’与ny’是“外加”电场所致，故x’，y’主轴称为
感应主轴(Induced Principal Axes)。
（非气体、液体，玻璃等），
E2 代表Kerr效应，是二次电光效应，存在于所有介质中。
一般说来， ? E
电光效应的张量形式
1
n2
)i
ij E j
ijk E j Ek
(
1 n2
)i
61
ij
63
Ej
31
ijk
66
E j Ek
61
§6.2电光调制
(1)折射率椭球(D,n)
对于任意方向入射的光波波矢K， 通过坐标原点O做以K为法线的平面 Σ， Σ与椭球面相交，交线为一椭圆， 该椭圆的两个主轴的方向就是两个 相互正交的D1和D2，两个主半轴的 长度对应的折射率是n1和n2。
1 2m ,
3态.出出射射光光的是偏由振
r Eout
rr Ex' Ey'
cos 1,sin 0
Ey'
Ay ' Ax '
Ex'
tg Ex'
等同全波片
相干叠加而成， 2 (m 1) ,
即为相同频率、
2 cos 0,sin 1
rr
Er x
'
Ar x'
cos(t
x')
0.5 1.0 1.5 1.5 1.0 0.5
0.5 1.0 1.5
0.11
0.5 0.5
0.44
1.0 1.0
0.77
1.5
2.0
1.5
2.0
m 1
0.44 0.11
c 2m c m
c
c m c 2m
§6.1调制的基本概念
(3).强度调制
Ac2 a(t)
光载波的强度与调制信号成正比，即
ij
E
j
1
0
0
E
Ex Ey
0
Ez
i 1, 2,3, 4,5, j x, y, z
ij
ij
§6.2电光调制
KDP晶体的Pockel效应
KDP晶体为负单轴晶体，四i方j 晶系00 ，00nx=00ny=no，
nz=ne 。
E
Ex Ey
KDP晶体的电光系数Ez 矩阵
(t) (t)dt c [c k f a(t)]dt c
(t) ct c k A cos(t)
c k f a(t)dt c
m k A
a(t) Am cos(mt)
e(t) Ac cos[ct m cos( t) c ]
mf
m
k f Am m
e(t) Ac cos[ct mf sin(mt) c ] 频率调制和相位调制可以写成统一的形式
0
0
§6.2电光调制
(2)Pockel效应
电致折射率变化体现为折射率椭球的形变， 即 式主 表轴 示的可方以向写与成长度发生变(n12 )化i ，ijEj如; 果n2i3 (以n)i公
1
则椭球方程变为
nx2
1
x
2
,
y
2
,
z
2
,
2
zy,
2
zx,
2
xy
ny2 1 nz2
令入射光偏振光波Er矢y' KErx∥' Z轴，光电场方向 轴，
入射时按感应主轴分解为 和 两个分量，由于这 两量Er y'个 之分 间xEr' x'量 产ky'x'L对 生Erx'y应 相2',Er2xn的位' x('Ln折差y/' 0射，nx')与率按L / 不相0 y' 同位2k，差ny'o3L6因合3L2E此成z n/y出 可'L0 / 射 得20n时 到o36两 出3VZ 个 射/ 0分 光 电场矢量 。VZ
调相→相位调制：使载波的相位随调制信号的变化而变化。
强度调制：使载波的光强随调制信号的变化而变化。
§6.1调制的基本概念
e(t) Ac (1 ma cosmt)cos(ct c )
1.5 1.0
(1)振幅调制(AM)
0.5
0.2 0.5
1.0
➢ ma 为调制深度，即调幅系 数。 ma 1
➢ 调制波形为以信号波为上下 对称包络的波形。
0 0
41 0
0
0
52 41
= 0
52
0
0 0 63
x2 nx2
y2 ny2
z2 nz2
2 41Ex yz 2 41Ey xz
2 63Ez xy
1
公式1.2
外加电场为
代入公式1.1中，可以得到
§6.2电光调制
KDP晶体的Pockel效应
（二） x2
nx2
y2 ny2
z2 nz2
按着调制器件和激光器的关系， 调制可以分为内调制和外调制。
内调制：以调制信号去改变激 光器的振荡参数，从而改变激 光器的输出特性。
改变激光器的泵浦强度
改变激光器的腔内损耗
外调制：在激光器外的光路上 放置调制器，用调制信号改变 调制器的物理特性，当激光通 过调制器时，会使光波的某个 参量发生变化。
2 63Ez xy
1
考虑E ∥Z轴，Ex=Ey=0，
则公式1.2变为
x2 nx2
y2 ny2
2 63Ez xy
1
公式1.3
如果考虑k//Z，则上式在 XOY平面为
§6.2电光调制
KDP晶体的Pockel效应（三） 一般采用下面的坐标变换
x cos sin 代入 y公 式1si.n3， 可c以os得到
为什么要用光波作为信息载体？
信息
调制信号
信息
转播速度快
调制
信息容量大
激光
传输
接受
可以用光学系统进行变换,光盘存储
可以在透明介质中传输（光纤、水……）载波
大气、光纤
可以不用介质传输（真空、太空……）
可独立传播，互不干扰。
加载了信号的光波以群速度传播。
§6.1调制的基本概念
2.调制的基本形式
激光技术涉及多学科的理论知识，但从基本原理来看，大多是利用光和 物质相互作用所产生的物理效应（主要有电光效应，声光效应，非线性 光学效应等）和采用不同的运用形式来控制激光某参量（能量，功率， 脉宽，偏振，模式，线宽等）而实现的。
§6.1调制的基本概念
1.光调制的意义
所谓“调制”，是按照人类应用的需求（以信息的形式出现）对光 波进行“调节”与“控制”，从而将信息加载到光波上去。
内调制 激光振荡物质
3.调制的基本方式
单色频平率面，波为的c初表始达位式相为。ecc (t) Ac cos(ct，其c中) 为振幅Ac， 为角