磁光調(diào)制和直接調(diào)制ppt課件

1、光輻射的調(diào)制,第3章,3.4 磁光調(diào)制,磁光效應(yīng) 當(dāng)光波通過某種磁性物質(zhì)時，其傳播特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng) 包括法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、克爾效應(yīng)、磁致雙折射效應(yīng)等,下面以法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)為例說明磁光調(diào)制的原理與過程,3.4.1 法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng),一束線偏振光在有外加磁場作用下的介質(zhì)中傳播時，其偏振方向會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度 的大小與沿光束方向的磁場強度 H 和光在介質(zhì)中傳播的長度 L 之積成正比 VBL V 稱為韋爾代(Verdet)常數(shù) 表示在單位磁場強度下線偏振光通過單位長度的磁光介質(zhì)后偏振方向旋轉(zhuǎn)的角度,關(guān)于旋光現(xiàn)象的解釋,旋光現(xiàn)象可解釋為 外加磁場使介質(zhì)分子的磁矩定向排列，當(dāng)一束線偏振光通

2、過它時，分解為頻率相同、初相位相同的兩個圓偏振光，其中一個圓偏振光的電矢量是順時針方向旋轉(zhuǎn)，稱為右旋圓偏振光，而另一個圓偏振光是逆時針方向旋轉(zhuǎn)的，稱為左旋圓偏振光。這兩個圓偏振光無相互作用地以兩種略有不同的速度 +c/nR 和 -c/nL傳播，它們通過厚度為 L 的介質(zhì)之后產(chǎn)生的相位延遲分別為,兩圓偏振光間存在一相位差,當(dāng)它們通過介質(zhì)之后，又合成為一線偏振光，其偏振方向相對于入射光旋轉(zhuǎn)了一個角度。 圖中ZA表示入射介質(zhì)的線偏振光的振動方向，將振幅A分解為左旋和右旋兩矢量AL和AR ，假設(shè)介質(zhì)的長度L使右旋矢量AR剛轉(zhuǎn)回到原來的位置，此時左旋光矢量(由于vLvR )轉(zhuǎn)到AL，于是合成的線偏振光A

3、相對于入射光的偏振方向轉(zhuǎn)了一個角度，此值等于 角的一半，即,= /2 （nR nL）L/,特點,兩種旋光效應(yīng)的區(qū)別 晶體的自然旋光現(xiàn)象：當(dāng)光束往返通過自然旋光物質(zhì)時，因旋轉(zhuǎn)角相等、方向相反而相互抵消。 磁致旋光效應(yīng)：其旋轉(zhuǎn)方向僅與磁場方向有關(guān)，而與光線傳播方向的正逆無關(guān)。 通過磁光介質(zhì)時，只要磁場方向不變，旋轉(zhuǎn)角都朝一個方向增加，此現(xiàn)象表明磁致旋光效應(yīng)是一個不可逆的光學(xué)過程，因而可利用來制成光學(xué)隔離器或單通光閘等器件,3.4.2 磁光調(diào)制器,把要傳遞的信息轉(zhuǎn)換成光載波的強度(振幅)等參量隨時間的變化 過程（與電光調(diào)制、聲光調(diào)制有所不同） 磁光調(diào)制是電信號先轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的交變磁場，由磁光效應(yīng)改

4、變在介質(zhì)中傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)，從而達(dá)到改變光強度等參量的目的,工作物質(zhì)釔鐵石榴石(YIG或摻Ga的YIG棒)放在沿軸方向z的光路上，它的兩端放置有起、檢偏器，高頻螺旋形線圈環(huán)繞在YIG棒上，受驅(qū)動電源的控制，用以提供平行于z軸的信號磁場。 為了獲得線性調(diào)制，通常在垂直于光傳播的方向上加一恒定磁場 Hdc，其強度足以使晶體飽和磁化,當(dāng)工作時，高頻信號電流通過線圈就會感生出平行于光傳播方向的磁場，入射光通過 YIG 晶體時，由于法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角與磁場強度H成正比。 只要用調(diào)制信號控制磁場強度的變化，就會使光的偏振面發(fā)生相應(yīng)的變化。 這里因加有恒定磁場Hdc ，且與通光方向垂

5、直，故旋轉(zhuǎn)角與Hdc成反比，于是,式中， s 單位長度飽和法拉弟旋轉(zhuǎn)角 H0sinHt 調(diào)制磁場,3.5 直接調(diào)制,直接調(diào)制是把要傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栕⑷氚雽?dǎo)體光源(激光二極管LD或半導(dǎo)體二極管LED)，從而獲得已調(diào)制信號的過程 由于它是在光源內(nèi)部進(jìn)行的，因此又稱為內(nèi)調(diào)制 是目前光纖通信系統(tǒng)普通使用的實用化調(diào)制方法 根據(jù)調(diào)制信號的類型，直接調(diào)制又可以分為 （連續(xù)的）模擬調(diào)制 數(shù)字（脈沖編碼）調(diào)制,半導(dǎo)體激光器有一個閾值電流 It，發(fā)射激光的強弱直接與驅(qū)動電流的大小有關(guān)。若把調(diào)制信號加到激光器(電源)上，即可以直接改變(調(diào)制)激光器輸出光信號的強度,3.6 空間光調(diào)制器,前面所介紹的各種調(diào)制

6、器是對一束光的“整體”進(jìn)行作用，而且對與光傳播方向相垂直的xy平面上的每一點其效果是相同的。 空間光調(diào)制器可以形成隨xy坐標(biāo)變化的振幅(或強度)透過率 A(x,y)A0T(x,y) 或者是形成隨坐標(biāo)變化的相位分布 A(x,y)A0Texpi(x,y) 或者是形成隨坐標(biāo)變化的不同的散射狀態(tài),空間光調(diào)制器（SLM，Spatial Light Modulator）是一種對光波的空間分布進(jìn)行調(diào)制的器件 含有許多獨立單元，在空間排列成一維或二維陣列 每個單元都可以獨立地接受光信號或電信號的控制，并按此信號改變自身的光學(xué)性質(zhì)(透過率、反射率、折射率等)，從而對通過它的光波進(jìn)行調(diào)制 控制這些單元光學(xué)性質(zhì)的信

7、號稱為“寫入信號”，寫入信號可以是光信號也可以是電信號 入射到器件并被調(diào)制的光波稱為“讀出光”； 經(jīng)過空間光調(diào)制器后的輸出光波稱為“輸出光”。 可實現(xiàn)實時的二維并行處理,液晶空間光調(diào)制器,有些物質(zhì)不是直接由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，而是經(jīng)過一個過渡相態(tài)，這時，它一方面具有液體的流動性質(zhì)，同時又有晶體的特性(如光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)的各向異性)，這種過渡相態(tài)稱之為“液晶”。 液晶是一種有機化合物，一般由棒狀柱形對稱的分子構(gòu)成，具有很強的電偶極矩和容易極化的化學(xué)團(tuán)。對這種物質(zhì)施加外場(電、熱、磁等)，液晶分子的排列方向和液晶分子的流動位置就會發(fā)生變化，即改變液晶的物理狀態(tài)。如對液晶施加電場，它的光學(xué)性質(zhì)就發(fā)生變化，這就是液晶的電光效應(yīng),下學(xué)期的“液晶顯示器,版權(quán)聲明 本課件根據(jù)作者多年教學(xué)經(jīng)驗制作。課件中 Flash 動畫和圖片由課件作者從網(wǎng)絡(luò)上搜集，原作者不詳，所有