激光调制技术

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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
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。
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2.电光调制
2. 横向电光效应（外加电场与光传输方向垂直）
其示意图如图所示：
L
入射光 调制光
（二） 电光强度 调制
z
光的偏振方向
y' d
x'
-x
检偏器 （垂直入射偏振光）
主要缺点：存在自然双折射引起的相位延迟（无外加电场时，通 过晶体的线偏振光的两偏振分量之间就存有相位差，当晶体因温 度变化而引起折射率n0和ne变化时，两光波的相位差发生漂移）
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2.电光调制
（三） （二） 电光强度 电光相位 调制
入射光
电光晶体
x' x'
偏振器
调制光
z
L
载波
电光相位调制原理图
相位调制波
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2.电光调制
光束偏转技术是激光应用的基本技术之一，根据应用目的可分为：
电信号输入
驱动器
根据调制信号的类型，可分为： 连续的模拟调制和不连续的数字（脉冲编码）调制 特点：技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的
频率特性所限制
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6.总结与展望
◆激光是一种理想的用于传递信息（包括 语言、文字、图像、符号等）的光源
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！！！
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相对于传播轴线偏转了一个小角度



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2.电光调制
电光调制有多种用途，其应用有：
（三） （四） 电光相位 电光偏转 调制
光纤系统：梳形发生器、电光移频器 无线通信系统：光链路、光纤模拟系统 先进雷达的欺骗系统：光子宽带微波移相器、移频器 微波相控阵雷达系统：光子时间延迟器 ……
1. 纵向电光效应（外加电场与光传输方向一致）
其示意图如图所示：
Ei
（二） 电光强度 调制
Ex' (0)
x
'
x
E y ' (0)
y'
Ex' ( L) E y ( L)
'
z
y
优点：结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响 缺点：半波电压高，特别在调制频率较高时，功率损耗比较大
Eo
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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
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ห้องสมุดไป่ตู้
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2.电光调制
入射光 声波 x 声波阵面 y
s
b.两种类型
光波平行于声波面(垂直于声场传播方向)入射

光 波 阵 面
衍 射 光

L
图3.2 超声行波在介质中的传播
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3.声光调制
2. 布拉格衍射（选择光的方向与波长） 当超声波频率较高 声光互作用长度L较长 光束与声波波面间以一定的角度斜入射 3. 声光调制应用：
为研究出真正具有实用价值的激光器，需不断改进其 性能，提高效率和功率、压缩脉冲宽度、改变输出频率。
为此，发明了激光调制技术、传输技术、调Q技术、 锁模技术、选模技术、稳频技术、频率变换技术等。
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1.调制的概念
激光的调制，即把信息加载到信息载体光子的过程 激光的解调：把光子信息恢复到原来的信息的过程 激光调制的分类： 根据调制器和激光器的关系：内调制、外调制
Laser beam Modulation Technology 图2.1 双折射原理图
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2.电光调制
1. 电致折射率变化
对电光效应的分析和描述一般采用折射率椭球体方法
y'
y
450
x'
（一） 物理基础
图2.2 折射率椭球“变形”
x
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望
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2.电光调制
y'
y
450
x' x
（一） 物理基础
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2.电光调制
2. 电光相位延迟
x'
x
y'
nx '
45
ny '
（一） 物理基础
y
图2.3 折射率椭球截面
z
可见，这个相位延迟完全是由电光效应造成的双折射引起的， 两偏振光的相位差（电光相位延迟）与外加电压V成正比
模拟式偏转（显示）、数字式偏转（光存储） 原理：利用电光效应改变光束在空间的传播方向 当一平面波经过晶体时，光波的上部(A线)和下部(B线)所过的折 射率不同，通过晶体所需的时间也就不同，导致光线 A相对于 B
（三） （四） 电光相位 电光偏转 调制
要落后一段距离，这就意昧着光波到达晶体出射面时，其波阵面
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3.声光调制
声光/弹光效应：声波是一种弹性波，当光波在超声场作用下通过介质
时，会产生衍射或散射现象，引起介质折射率发生周期性变化
如图所示，
深色部分：介质受到压缩，密度增大， 相应的折射率也增大 白色部分：介质密度减小，对应的折 射率也减小 在行波声场作用下，介质折射率交替 增加或减少
法拉第旋转效应
旋光方向：仅取决于磁场方向，与光的传播方向无关（具 有不可逆性），这是与晶体的自然旋光现象不同之处
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5.直接调制
直接调制（电源调制）：把传递信息转变为电信号直接注入半导
体光源，从而获得调制光信号的方式
光信号输出
激光源
输出调制光
电信号 连续 光信号 激光器
内调制
输出调制光
激光器
调制器
外调制
电信号
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1.调制的概念
按调制性质：调幅、调频、调相、强度调制
按调制器的工作原理： 电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制
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n n n0
x
vs
a.物理基础

s
图3.1 超声行波在介质中的传播
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3.声光调制
按照声波频率的高低及声波和光波作用长度的不同，
分为拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射 1. 拉曼-奈斯衍射（多级衍射） 当超声波频率较低 声光互作用长度L较短
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2.电光调制
3. 光偏振态的变化
由上述电光相位延迟效应，（非主轴）导致出射光的偏振态发生变化
（一） 物理基础
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2.电光调制
利用Pockels效应实现电光调制，可分为两种情况： 1）施加在晶体上的电场在空间上基本是均匀的，但在时间上是
b.两种类型
光存储
激光印刷 雷达探测
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4.磁光调制
特点： 抗干扰能力强、精度高、体积小、重量轻 应用： 精密测角、材料研究、工业测量、生物化学
图4.1 磁光效应原理图
磁光效应 光波通过磁性 物质时，其传 播特性发生变 化的现象
分类 法拉第旋转效应 克尔效应 磁双折射效应