激光技术 答案讲解

考试时间：12月17日 19:00—21:00

考试地点：思源楼411，412，

座位安排：学号03211138-05231022在411教室，05231144—06292044在412教室

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。

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

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

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：