光辐射的调制

一些机械调制装置
优点：容易 实现；能对 辐射的任何 光谱成分进 行调制。
缺点：有运 动部分，寿 命较短，体 积较大，调 制频率不高。
2.2 电光调制
在强电场作用下介质折射率改变而产 生的光调制。适用于单色光源。
一、物理基础：电光效应
线性电光效应
nE
（Pockels，1893年）介质原本是单轴晶体。
量的幅度调制。 应用：常用于光电探测中需要抗干扰的场合
M N M
N
缺点：难进行高频调制、体积较大等
2.1 机械调制
利用斩波器通断光通量，使 探测光成为调制光。
斩波器
有源带通 滤波器
调制光并配上合适的有源带通滤波器，以 克服杂散光的干扰 。
探测器输出的光电流
设计有源带通滤波器， f0为方波频率。通频带 △f窄，杂散光被滤去。
介质受到光波电场E作用后产生极化, 极化强 度用极化强度矢量P来表示, P与E之间的关系 用宏观物理量——极化率χ来描述
光辐射场对晶体的极化影响综合效果集中表现 为介电常量ε的变化，从而引起折射率变化：
通常材料的介电常量 与外电场无关，但当外 加电场较强时，介电常量便有微小的变化，从而引 起折射率变化：
第二章 光辐射的调制
2.1 机械调制 2.2 电光调制 2.3 声光调制 2.4 磁光调制
调制的目的：光信息系统的信号加载与控 制调制的内容：是指改变光波振幅、强度、相
位或频率、偏振等参数，使之携带信息的过程。
在光通信系统中， 需要把声音、图像、数据信息加载到 光波上进行传输。
在光电检测系统中， 使探测光为调制光，可以比非调制光 具有更强的抗干扰能力。
光调制的优点: 1.容量大 2.易加载 3.距离远 4.易保密 5.抗电磁干扰能力强
光调制的方法：
传统方法：调制盘（对光辐射强度进行调 制）；
现代方法：利用外场的微扰引起介质的非线 性极化，从而改变介质的光学性质。在外场 下利用光和介质的相互作用而实现对光辐射 振幅频率、相位等参数的调制。
l 1, 2, 3, 4,
5,
6

1 n2
, l
有6个独立的分量。
无电场时，E 0 ，于是
1

n
2
0
1

1
n
2 x
1

n
2
0
2

1
n
2 y
1

n
2
0
3

1
n
2 z
1

n
2
0
4

1

n
2
0
5

1

n E 3 E 2 E kE 2
n0
2n0
、为常量
线性电光效应，或 Pockels效应（KDP、 LiNbO3）
二次电光效应，或Kerr效应 （BaTiO3、硝基苯液体）
、k由介质本身的性质决定，取决于晶体本身
的结构和对称性。
现在讨论线性电光效应
在晶体的介电坐标系中，无外加电场时，描述晶体光
2.晶面角守恒：指同一品种的晶体，两个对应的晶棱间 的夹角恒定不变。
3.均匀性：晶体在不同的位置上具有相同的物理性质。 4.最小内能性：长程有序性 5.各向异性：晶体的宏观性质随观察方向的不同而不同。
典型体现：晶体的解理、双折射。 6.对称性
光在晶体中的传播特性
光在晶体中的传播实际是光与晶体相互作用的 结果：
布喇菲点阵：根据空间对称性，可以有14种点 阵，称布喇菲点阵，或称14种晶胞
14种晶胞共分7个晶系：三斜、单斜、正交（斜 方）、正方（四角）、立方、三角、六角
布喇菲点阵
三角 abc 90 120
六角 abc 90 120
外调制：将光源与调制器分开设立，在光源 外的光路上放置调制器，将欲传输的信号加 载于调制器，透过光的物理性质将发生变化， 实现调制。
• 电光调制 • 声光调制 • 磁光调制 • 热光效应
外调制技术适用于所有光源。
2.1 机械调制——简单易行
常用方法: 机电振子、旋转调光盘等 调制原理：用遮光或改变透过率方式作光通
n
2
0
6

0
x2 n2x

y2 n2y
三斜 abc
立方 abc 90
正交（斜方）
abc
90
正方 abc 90
单斜 abc wenku.baidu.com 90
晶体的基本性质
1.自限性：晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体的 能力。
学性质的折射率椭球方程为
x12 n12

x22 n22

x32 n32
1
其中下标1，2，3分别表示坐标 x、y、z。
对于任一特定的晶体，
n3
0 n2 x2
n1
折射率椭球由其光学性质（主介电常数或主折射率）唯一
地确定。
x1
当晶体施加任意电场时，晶体的折射率发生变
化，可以把电场对晶体的这种作用归结为折射率椭
二次电光效应
n E2
（Kerr，1875年）介质原本是各向同性晶体。
电光调制基于线性电光效应。
晶体的结构特征
空间点阵：晶体是由原子、分子或离子在空间 按照一定的规则周期性排列形成的一种晶态固 体。
结点：晶体中的微粒叫基元，又叫结点。 点阵：全部结点的总称叫点阵。 晶格：格子状结构的点阵就叫晶格。 格点：=结点 晶胞：周期重复的最小基本（结构）单位 晶胞常量
球系数的改变。因此，当有电场存在时，折射率椭
球在介电主轴座标系中的方程为
i
j

1 n2
,
ij
xi
x
j
1
其中
1

n2
ij
是对称二阶张量
采用下标简化形式以
l
表示
ij ，则
1

n
2
, l
的下标为
ij 11，22，33，23(32)，31(13)，12(21)
光辐射的现代调制方法：
按调制是在光源内发生还是光源外进行分：
内调制和外调制
内调制：将欲传输的信号直接加载于光源， 以改变光源的输出特性来实现调制；只适用 于一些特定的光源，如LD和LED的直接调制 例：对半导体激光器的驱动电源用调制信号 直接控制，实现对所发射激光强度的调制；
又如：把调制元件放在谐振腔内，用欲传输 的信号控制调制元件物理性质的变化而改变 光腔参数，从而调制激光输出。