激光调制与偏转技术

§1.2电光调制
GaAs晶体的电光效应（一）
GaAs为立方晶系，nx=ny=nz=no,光学各向同性。
rj GaAs
0 0 0 0 0 0 0 0 0 41 0 0 0 41 0 0 41 0
1 1 n2 n2 x o 1 1 2 n2 Ex ny o E 1 x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy 1 1 x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy 1 ij GaAs y 2 n2 no Ez z 41 Ex 0 0 41 E y 0 E 41 z
感应主轴的方向
相对于原主轴旋转45o（顺时针）。
KDP晶体称为双轴晶体。
感应主轴的长度
1 3 nx ' no no 63 E z 2 n n 1 n3 E o o 63 z y' 2 nz ' ne 感应主轴的长短轴的变化与Ez的正负有关。 Ez的大小可控制nx’与ny’的大小。
22
22
0
13 13 33
0 0 0
51
0 0
1 n2 x 1 2 ny x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy 1 ij LN n2 z 0 0 0
§1.2电光调制
折射率椭球的矩阵表 示形式
1 ( n 2 )1 1 ( ) n2 2 1 ( )3 n2 2 2 2 x , y , z , 2 zy, 2 zx, 2 xy 1 1 ( 2 ) 4 n 1 ( 2 )5 n 1 ( n 2 )6
1 n2 o 1 n2 Ex o E 1 x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy y Ez
22 E y 13 Ez 22 E y 13 Ez 1 1 33 Ez nz2 51 E y 51 Ex 22 Ex
Ac cos(ct c ) ，其中 Ac
§1.1调制的基本概念
调制的基本形式
1.5
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.5 1.0 1.5
0.5 1.0 1.5
外调制
1.5
1.5
1.0
KDP晶体为负单轴晶体，四方晶系，nx=ny=no，nz=ne 。
ij KDP
0 0 0 0 0 0 41 0 0 52 0 0
0 0 0 0 0 63
41 52
Ex 加外电场E E y : Ez
c
c m
§1.1调制的基本概念
强度调制 脉冲调制
Ac2 a(t )
空间调制 激光调制基本方法
§1.2电光调制
折射率椭球
对于任意方向入射的光波波矢
K，通过坐标原点O做垂直于K 的平面Σ ， Σ 与椭球面相交， 交线为一以K为法线的椭圆， 该椭圆的两个主轴的方向就是 D的两个相互正交的D1和D2，两 个主半轴的长度对应的折射率 是n1和n2。
§1.2电光调制
LN晶体的电光效应（三）
沿X轴方向加电压（E∥X轴，Ez=Ey=0,E ≠0）
1 n2 o 1 n2 o x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy z
22 E y 13 Ez 22 E y 13 Ez 1 1 33 Ez 2 nz 0 51 E y 0 51 Ex 0 22 Ex
x2 y 2 z 2 2 2 2 41 Ex yz 2 52 E y zx 2 63 Ez xy 1 2 n x n y nz
§1.2电光调制
KDP纵向运用主轴的变化 x , y为原主轴方向; x, y ' 为感应主轴方向。
§1.2电光调制
KDP晶体的Pockel效应
内调制
激光振荡物质
调制的基本方式
单色平面波的表达式为 ec (t )



为振幅， c 为角频率， c 为初始位相。 通过改变激光载波的特征参量，可以对激光载波进行调制。 调幅→振幅调制：使载波的振幅随调制信号的变化而变化。 调频→频率调制：使载波的频率随调制信号的变化而变化。 调相→相位调制：使载波的相位随调制信号的变化而变化。 强度调制：使载波的光强随调制信号的变化而变化。
调制 载波 传输
大气 光纤
解调
接收器
激光
为什么要用光波作为信息载体？
转播速度快
信息容量大 可以用光学系统进行变换 可以在透明介质中传输（光纤、水„„）
可以不用介质传输（真空、太空„„）
可独立传播
加载了信号的光波是以群速度传播。
§1.1调制的基本概念
实现信息加载 激光调制 控制工作状态 调Q、锁模技术 光信息技术
1.5 0.5 1.0
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
0.5
0.5
1.0
1.5
2.0
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
1.5
1.0
0.5
0.5
1.0
1.5
2.0
0.5 1.0
e( )
1.5
0
c m
一
二
3 2 no 22 L x '' y '' Vx 0 d
§1.2电光调制
LN晶体的电光效应（四）
沿Y轴方向加电压（E∥Y轴，Ex=Ez=0,E ≠0）
1 n2 o 1 n2 o x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy y
激光技术涉及多学科的理论知识，但从基本原理来 看，大多是利用光和物质相互作用所产生的物理效 应（主要有电光效应，声光效应，非线性光学效应 等）和采用不同的运用形式来控制激光某参量（能 量，功率，脉宽，偏振，模式，线宽等）而实现的。
§1.1调制的基本概念
所谓“调制”，是按着人类应用的需求（以信息的形式出现） 对光波进行“调节”与“控制”，从而将信息加载到光波 上去。 信息 调制信号 信息
主轴化以后折射率椭 球的矩阵表示形式
1 n2 x 1 n2 y x 2 , y 2 , z 2 , 2 zy, 2 zx, 2 xy 1 1 nz2 0 0 0
§1.2电光调制
KDP晶体的Pockel
KDP纵向电光调制器
通过两个主轴分量的不同相位延迟，使出射的光电场偏振态相对于 入射光电场发生改变，经过检偏镜，可以实现强度调制（IM）。
§1.2电光调制
KDP晶体横向电光强度调制
E z 轴，k x轴，k 与x、y轴成45o
V 横
0 d d 3 V 纵 no 63 L L
§1.2电光调制
电光相位延迟
V V /2
0 3 2no 63
Vz (t ) V
§1.2电光调制
出 射 光 偏 振 态 合 成
2m 等同全波片
1 (m ) 2 等同 / 4全波片
(2m 1) 等同半波片
§1.2电光调制
折射率椭球 的一般形式
(
1 1 1 1 1 1 )1 x 2 ( 2 )2 y 2 ( 2 )3 z 2 2 yz( 2 ) 4 2 xz( 2 )5 2 xy( 2 )6 1 n2 n n n n n
主轴化的 折射率椭球
x2 y 2 z 2 2 2 1 2 nx n y nz
《激光原理与技术》 激光技术部分
激光调制与偏转技术
1
激光技术课程特点
激光技术主要讲授可以改善和提高激光性能的激光 单元技术，主要内容包括：
激光调制与偏转技术
调Q技术
将激光输出的脉冲宽度压缩至ns量级。
锁模技术
将激光输出的脉冲宽度压缩至fs量级。
非线性光学技术
扩展激光波段、改变或控制激光器参数等。
0.5 1.0
1.5
1.5
改变激光器的腔内损耗的内调制 改变激光器的泵浦强度的内调制
§1.1调制的基本概念
振幅调制
1.5 1.0 0.5
频率调制和相位调制
1.5 1.0
0.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.5 1.0 1.5 2.0
0.5 1.0 1.5
1.5
§1.2电光调制
LN晶体的电光效应（二）
沿Z轴方向加电压（E∥Z轴，Ex=Ey=0,Ez≠0）
无交叉项，主轴方向不变 nx'=ny'，仍为单轴晶体 没有纵向强度调制
在Z轴方向加电压的横向运用仍然有自然双折射的影响
可以用来进行相位调制
1 n2 o 1 n2 o 2 2 2 x , y , z , 2 zy, 2 zx, 2 xy 22 E y 13 Ez 22 E y 13 Ez 1 1 33 Ez nz2 0 51 E y 0 51 Ex 0 22 Ex
§1.2电光调制
消除横向运用中的自然双折射的方法
固定全波片法
组合调制
V 横
0 d d V 纵 3 no 63 L L
§1.2电光调制
LN晶体的电光效应（一）
LiNbO3晶体为负单轴晶体，nx=ny=no,nz=ne。
rj LN
0 0 0 0 51 22
22 E y 13 Ez 22 E y 13 Ez 1 1 33 Ez 2 nz 0 51 E y 0 51 Ex 0 22 Ex
3 2 no 22 L x ' y ' Vy 0 d
1.0
0.5
0.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.5
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
1.5
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
0.2
0.4
Biblioteka Baidu
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.5 1.0