第六章激光器单元技术
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第六章激光器单元技术
6.3 声光调制
一、声光效应
声光调制的物理基础是声光效应。声光效应是指光 波在介质中传播时，按超声波场衍射或散射的现象。 由于声波是一种弹性波，声波在介质中传播会产生 弹性应力或应变，这种现象称为弹光效应，介质弹 性形变导致介质的密度产生疏密交替的变化，从而 引起介质折射率的周期变化，并形成折射率光栅。 当光波在介质中传播时，就会发生衍射现象，衍射 光的强度、频率和方向等将随着超声场的变化而变 化。声光调制就是基于这种效应来实现其光调制或 偏转的。
第六章激光器单元技术
2、布喇格(Bragg)衍射
当声波频率较高，声光作用长度较大，而且光 束与声波波面间以一定的角度斜入射时，光在 介质中要穿过多个声波面。故介质具有“体光 栅”的性质。当入射光与声波面夹角满足一定 关系时，介质内各级衍射会相互干涉。在一定 条件下，各高级次衍射光将互相抵消，只出现 零级和+1级(或-l级)(视入射光的方向而定)衍射 光，即产生布喇格衍射。若能合理选择参数， 超声足够强，可使入射光能量几乎全部转移到 十1级或一1级衍射圾值上。因而光束能量可以 得到充分利用，即利用布剂格衍射效应制成的 声光器件可以获得较高的效率。
E c(t)A cco s(ct c)
调制信号:
a(t)Amcos(mt)
调制波：
E ( t) A c ( 1 m a co m t)c so c t s c )(
第六章激光器单元技术
第六章激光器单元技术
频谱分布:
E (t) A cc o s (c tc ) m 2 aA cc o s [(cm )tc ]
第六章激光器单元技术
1、弹光效应
当晶体材料受外应力的作用产生形变时，分子间的相互作用 力发生改变会导致介质密度的变化，从而引起介电常数(折射 率)的改变，这就是弹光效应的物理起因。
2、声波在介质中的传播
声波是一种弹性波(纵向应力波)，在介质中传播时，它使介质产 生相应的弹性形变，从而激起介质中各质点沿波的传播方向振 动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折 射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分介质 如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波 长。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强 度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
第六章激光器单元技术源自文库
第六章激光器单元技术
二、声光衍射——声光互作用的两种类型
1、喇曼—纳斯衍射
当超声被频率较低，光波平行于声波面入射(即垂直于 声场传播方向)时，声光互作用长度L较短，产生喇 曼—纳斯衍射。由于声速比光速小得多，故声光介质 可视为一个静止的平面相位光栅。而是声波长比光波 长大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波 面，因此只受到相位调制，于是通过声光介质的平面 被被阵面将出现凸凹现象，变成一个折皱曲面，由出 射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形 成于入射方向对称分布的多级衍射光，这就是喇曼— 纳斯衍射。
第六章激光器单元技术
光载波的强度（功率）随调制信号的规律变化。
在激光调制的实际过程中，振幅、相位和强度 调制是相互联系的，主要利用光电场振幅分量 的相位差调制导致的偏振态的变化或相干叠加 条件实现光强度调制的效果。
第六章激光器单元技术
五、脉冲调制方式
脉冲调制就是用一种断续的周期性脉冲 序列作为载波，这种载波受到调制信号 的控制，使脉冲的幅度或位置、频率等 随之发生变化。
波片，其主轴与电光晶体的感应主轴平行，相当于 引入固定相移。
对于适当大小的电压信号，调制光强与其有线性关系。
第六章激光器单元技术
2.横向的运用
外加电场方向E与入射光波矢垂直正交称为横 向方式，电极在通光方向容易形成均匀电场。
第六章激光器单元技术
3.电光相位调制
电光相位调制器由起偏器和电光晶体组成。起偏器的偏振轴平 行于晶体的感应主轴，此时入射晶体的线偏振光不再分解，而 是沿着一个方向偏振，故外加电场不改变出射光的偏振状态， 仅改变其相位，出射光电场为：
第六章激光器单元技术
2.平方电光效应(克尔效应)
电光液体
2
Kl
U2 h2
l
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二、纵向与横向电光调制器 1．纵向运用：外加电场方向与入射光波矢
共线平平行称为纵向方式
第六章激光器单元技术
系统的透过率为T:
调制光强与 调制信号的 关系曲线如 图所示
第六章激光器单元技术
线性调制 选取T=50%处为静态工作点，在光路中插入一个1/4
m 2a Accos[(cm)tc]
与载波相比 较，调幅波 多了两个边 频分量
第六章激光器单元技术
三、相位调制方式
光载波的相位分量随调制信号的规律变化。 调相波：
调相就是光载波的总相角随着调制信号 的规律而变化的振荡。
第六章激光器单元技术
第六章激光器单元技术
四、强度调制方式
由于起解调作用的光探测接受器一般都 是平均光强直接响应（光频波段光场振 幅变化太快Hz，尚不能直接探测），所 以强度调制是激光调制的主要方式。
脉冲调制方式具有较强的抗干扰能力， 光通信中得到广泛的应用。
第六章激光器单元技术
第六章激光器单元技术
利用电光、声光和磁光等物理效应，通过调 制器来控制和改变激光的振幅、相位、偏振 态和光强以及传播方向等参量，是激光调制 的主要方法。激光调制技术在能量和信息光 电子领域有着广泛而重要的应用。
第六章激光器单元技术
6.2 电光调制（Electro Optic Modulation） 一、 电光效应(EO Effect)
在外界强电场的作用下,某些本来是各向同性的介 质会产生双折射现象,而本来有双折射性质的晶体, 其双折射性质也会发生变化,这就是电光效应. 1.一级电光效应(泡克耳斯效应)
外加电场引起的双折射只与电场的一次方成正比. 常用电光晶体:ADP(磷酸二氢铵)KDP(磷酸二氢钾) 纵向电光效应:外加电场的方向与光的传播方向(光轴Z)一致. 横向电光效应:外加电场的方向(光轴Z)与光的传播方向垂直.
第六章 激光器单元技术
6.1 激光调制技术
一、基本概念
调制:把欲传输的信息加载到激光辐射的过程;,, 频率,; 激光多采用强度调制;
第六章激光器单元技术
调制方式:
激光调制形式
内调制 外调制
直接改变激光输出状态 调制器在激光谐振腔外
第六章激光器单元技术
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二. 振幅调制方式
光载波的振幅分量随调制信号的规律而变化,简称调幅. 激光光电场:
6.3 声光调制
一、声光效应
声光调制的物理基础是声光效应。声光效应是指光 波在介质中传播时，按超声波场衍射或散射的现象。 由于声波是一种弹性波，声波在介质中传播会产生 弹性应力或应变，这种现象称为弹光效应，介质弹 性形变导致介质的密度产生疏密交替的变化，从而 引起介质折射率的周期变化，并形成折射率光栅。 当光波在介质中传播时，就会发生衍射现象，衍射 光的强度、频率和方向等将随着超声场的变化而变 化。声光调制就是基于这种效应来实现其光调制或 偏转的。
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2、布喇格(Bragg)衍射
当声波频率较高，声光作用长度较大，而且光 束与声波波面间以一定的角度斜入射时，光在 介质中要穿过多个声波面。故介质具有“体光 栅”的性质。当入射光与声波面夹角满足一定 关系时，介质内各级衍射会相互干涉。在一定 条件下，各高级次衍射光将互相抵消，只出现 零级和+1级(或-l级)(视入射光的方向而定)衍射 光，即产生布喇格衍射。若能合理选择参数， 超声足够强，可使入射光能量几乎全部转移到 十1级或一1级衍射圾值上。因而光束能量可以 得到充分利用，即利用布剂格衍射效应制成的 声光器件可以获得较高的效率。
E c(t)A cco s(ct c)
调制信号:
a(t)Amcos(mt)
调制波：
E ( t) A c ( 1 m a co m t)c so c t s c )(
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第六章激光器单元技术
频谱分布:
E (t) A cc o s (c tc ) m 2 aA cc o s [(cm )tc ]
第六章激光器单元技术
1、弹光效应
当晶体材料受外应力的作用产生形变时，分子间的相互作用 力发生改变会导致介质密度的变化，从而引起介电常数(折射 率)的改变，这就是弹光效应的物理起因。
2、声波在介质中的传播
声波是一种弹性波(纵向应力波)，在介质中传播时，它使介质产 生相应的弹性形变，从而激起介质中各质点沿波的传播方向振 动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折 射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分介质 如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波 长。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强 度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
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第六章激光器单元技术
二、声光衍射——声光互作用的两种类型
1、喇曼—纳斯衍射
当超声被频率较低，光波平行于声波面入射(即垂直于 声场传播方向)时，声光互作用长度L较短，产生喇 曼—纳斯衍射。由于声速比光速小得多，故声光介质 可视为一个静止的平面相位光栅。而是声波长比光波 长大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波 面，因此只受到相位调制，于是通过声光介质的平面 被被阵面将出现凸凹现象，变成一个折皱曲面，由出 射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形 成于入射方向对称分布的多级衍射光，这就是喇曼— 纳斯衍射。
第六章激光器单元技术
光载波的强度（功率）随调制信号的规律变化。
在激光调制的实际过程中，振幅、相位和强度 调制是相互联系的，主要利用光电场振幅分量 的相位差调制导致的偏振态的变化或相干叠加 条件实现光强度调制的效果。
第六章激光器单元技术
五、脉冲调制方式
脉冲调制就是用一种断续的周期性脉冲 序列作为载波，这种载波受到调制信号 的控制，使脉冲的幅度或位置、频率等 随之发生变化。
波片，其主轴与电光晶体的感应主轴平行，相当于 引入固定相移。
对于适当大小的电压信号，调制光强与其有线性关系。
第六章激光器单元技术
2.横向的运用
外加电场方向E与入射光波矢垂直正交称为横 向方式，电极在通光方向容易形成均匀电场。
第六章激光器单元技术
3.电光相位调制
电光相位调制器由起偏器和电光晶体组成。起偏器的偏振轴平 行于晶体的感应主轴，此时入射晶体的线偏振光不再分解，而 是沿着一个方向偏振，故外加电场不改变出射光的偏振状态， 仅改变其相位，出射光电场为：
第六章激光器单元技术
2.平方电光效应(克尔效应)
电光液体
2
Kl
U2 h2
l
第六章激光器单元技术
二、纵向与横向电光调制器 1．纵向运用：外加电场方向与入射光波矢
共线平平行称为纵向方式
第六章激光器单元技术
系统的透过率为T:
调制光强与 调制信号的 关系曲线如 图所示
第六章激光器单元技术
线性调制 选取T=50%处为静态工作点，在光路中插入一个1/4
m 2a Accos[(cm)tc]
与载波相比 较，调幅波 多了两个边 频分量
第六章激光器单元技术
三、相位调制方式
光载波的相位分量随调制信号的规律变化。 调相波：
调相就是光载波的总相角随着调制信号 的规律而变化的振荡。
第六章激光器单元技术
第六章激光器单元技术
四、强度调制方式
由于起解调作用的光探测接受器一般都 是平均光强直接响应（光频波段光场振 幅变化太快Hz，尚不能直接探测），所 以强度调制是激光调制的主要方式。
脉冲调制方式具有较强的抗干扰能力， 光通信中得到广泛的应用。
第六章激光器单元技术
第六章激光器单元技术
利用电光、声光和磁光等物理效应，通过调 制器来控制和改变激光的振幅、相位、偏振 态和光强以及传播方向等参量，是激光调制 的主要方法。激光调制技术在能量和信息光 电子领域有着广泛而重要的应用。
第六章激光器单元技术
6.2 电光调制（Electro Optic Modulation） 一、 电光效应(EO Effect)
在外界强电场的作用下,某些本来是各向同性的介 质会产生双折射现象,而本来有双折射性质的晶体, 其双折射性质也会发生变化,这就是电光效应. 1.一级电光效应(泡克耳斯效应)
外加电场引起的双折射只与电场的一次方成正比. 常用电光晶体:ADP(磷酸二氢铵)KDP(磷酸二氢钾) 纵向电光效应:外加电场的方向与光的传播方向(光轴Z)一致. 横向电光效应:外加电场的方向(光轴Z)与光的传播方向垂直.
第六章 激光器单元技术
6.1 激光调制技术
一、基本概念
调制:把欲传输的信息加载到激光辐射的过程;,, 频率,; 激光多采用强度调制;
第六章激光器单元技术
调制方式:
激光调制形式
内调制 外调制
直接改变激光输出状态 调制器在激光谐振腔外
第六章激光器单元技术
第六章激光器单元技术
二. 振幅调制方式
光载波的振幅分量随调制信号的规律而变化,简称调幅. 激光光电场: