激光技术蓝信钜课后答案

第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案

2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳?

（2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?

答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x 轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。此时，它所提供

的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V 1/4的固定偏压(E x’和E y’的附加位相差为900)；使得

调制器在透过率T=50%的工作点上。

（2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也

不再是V 1/4。当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。

3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z 切割的KDP 晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。

解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置，z 轴方向一致（如下图），

(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：

v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302'

2=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为：

v 3864106.2351.1210628.02n V 123-6

63302

=⨯⨯⨯⨯==-γλλ 与前者相差4倍。

4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？

解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。

a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。

b. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强有两次强弱变化（但无消光现象发生）；则为椭圆偏振光。

c. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强没有变化；则为自然光（或圆偏振光）。区分二者也不难，只需在偏振片前放置一个四分之一波片（可使圆偏振光变为线偏振光，

可出现a 的现象）即可。（这里自然光却不能变成线偏振光）

（2）自然光得不到调制。原因是自然光没有固定的偏振方向，当它通过电光晶体后没有固定的位相差；

因而不能进行调制。

第一章补充作业：

a. 电光调制：利用光电效应将信息加载于激光的一种物理过程称之为电光调制。激光通过加有电场的晶体，

使一个随时间变化的电信号转变成光信号。即使传递的（电）信息通过光波的强度、相位变

x y z x y z x y z x y z

化体现出来。

b. 声光调制：利用声电效应将信息加载于激光的一种物理过程称之为声光调制。调制信号是以电信号(调辐)

形式作用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。

c. 磁光调制：利用磁光效应把欲传递的信息转换成光载波的强度(振幅)等参量随时间的变化。与电光调制、

声光调制所不同的是，磁光调制是将电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变

在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的

d. 直接调制：是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源(激光二极管LD或半导体二极管LED)，

从而获得已调制信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制，它是目前光纤通信

系统普通使用的实用化调制方法。

e.空间光调制器：可以形成随xy坐标变化的振幅(或强度)透过率[A(x,y)＝A0T(x,y)]或者是形成随坐标变化的

相位分布[A(x,y)＝A0Texp[iθ(x,y)]] 或者是形成随坐标变化的不同的散射状态。顾名思义，

这是一种对光波的空间分布进行调制的器件。它的英文名称是Spatial Light

Modulator(SLM)。

第2章作业（激光技术--蓝信鉅，103页）

1．说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。

答：（1）利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理：

因为激光物质上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，为使上能级积累大量的粒子，就可以在激光器开始泵浦初期，设法将激光器的阈值调的很高，抑制激光振荡的产生，使激光上能级的反转粒子数大量积累，当粒子数达到最大时，然后突然调低阈值，这样，积累在上能级的粒子便雪崩式的跃迁到低能级，在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲。

（2）脉冲形成过程中各参量随时间的变化：

以腔内损耗突变时记为t＝0，在此之前只是准备了初始粒子数密度Δn i，t=0时，泵浦功率将耗尽，粒子反转数Δn达到最大值Δn i，受激光子数为零，即Φ=Φi=0，经过一段时间受激辐射占优势时，雪崩过程开始形成，Φ开始急剧增长，Δn开始剧减，这一过程一直持续到Δn=Δn t（阈值），此时腔内光子数达到最大值Φm。光子在腔内的寿命为t c，每个光子的能量为hν，则激光的峰值功率P m=hνΦm/2t c。（此题画出各参数随时间变化示意图然后分析各参数变化亦可）

3．有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器，试回答或计算下列问题：

(1)画出调Q激光器的结构示意图，并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向。

(2)怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果?

(3)计算l／4波长电压Vλ/4 (l＝25mm，n0＝n e＝1.05, γ63=23.6×10-12‘’m／V)。

解：（1）调Q激光器的结构示意图