第一章 激光原理及技術(shù)

1、1233光的微粒說光的微粒說光的波動說光的波動說光本性的兩種觀點光本性的兩種觀點代表人物：牛頓代表人物：牛頓觀點：光是一種微觀粒子，光的傳播觀點：光是一種微觀粒子，光的傳播就是粒子的傳播就是粒子的傳播代表人物：惠更斯代表人物：惠更斯觀點：光是一種機械波，光的傳播觀點：光是一種機械波，光的傳播就是機械波的傳播就是機械波的傳播現(xiàn)象：光的直線傳播、反射、黑體現(xiàn)象：光的直線傳播、反射、黑體輻射、原子線狀光譜和光電效應(yīng)輻射、原子線狀光譜和光電效應(yīng)現(xiàn)象：光的直線傳播、反射、干涉、現(xiàn)象：光的直線傳播、反射、干涉、衍射和偏振衍射和偏振419世紀世紀60年代，年代，麥克斯韋麥克斯韋建立了建立了電磁場理論電磁場理

2、論，認為光是一定，認為光是一定頻率范圍的電磁波，為光的波動說奠定了基礎(chǔ)。頻率范圍的電磁波，為光的波動說奠定了基礎(chǔ)。光的本質(zhì)的爭論積分形式的麥克斯韋方程組積分形式的麥克斯韋方程組:(1)電場高斯定理: 在時變的條件下，從任意一個閉合曲面出來的D的凈通量，應(yīng)等于該閉曲面所包圍的體積內(nèi)全部自由電荷之總和。(2)法拉第電磁感應(yīng)定律: 電場強度E沿任意閉合曲線的線積分等于穿過由該曲線所限定面積的磁通對時間的變化率的負值。(3)磁場高斯定理: 對于任意一個閉合曲面，有多少磁通進入,就有同樣數(shù)量的磁通離開。(4) 安培環(huán)路定理: 磁場強度H沿任意閉合曲線的線積分，等于穿過此曲線限定面積的全電流。(1)(2)

3、(3)(4)551900年，普朗克在研究黑體輻射時提出了輻射的量子理論：年，普朗克在研究黑體輻射時提出了輻射的量子理論： 能量的能量的量子化理論量子化理論，即能量是一份一份不連續(xù)的，最，即能量是一份一份不連續(xù)的，最小能量單位就是一個量子。小能量單位就是一個量子。19世紀世紀60年代，麥克斯韋建立了年代，麥克斯韋建立了電磁場理論電磁場理論，認為光是一定，認為光是一定頻率范圍的電磁波，為光的波動說奠定了基礎(chǔ)。頻率范圍的電磁波，為光的波動說奠定了基礎(chǔ)。1905年，愛恩斯坦在麥克斯韋和普朗克的基礎(chǔ)上建立起了年，愛恩斯坦在麥克斯韋和普朗克的基礎(chǔ)上建立起了光量子學說光量子學說： 光在傳播的過程中具有波動性

4、，而在光與物質(zhì)相互作用光在傳播的過程中具有波動性，而在光與物質(zhì)相互作用的過程中又表現(xiàn)出粒子性，光能量集中在一些叫做光量子的過程中又表現(xiàn)出粒子性，光能量集中在一些叫做光量子（光子）的粒子上。（光子）的粒子上。 從此，從此，光具有波粒二象性光具有波粒二象性的觀點為人們所接受。的觀點為人們所接受。6玻爾理論包括三條假說玻爾理論包括三條假說 ：1、原子能量的量子化假設(shè)、原子能量的量子化假設(shè)：原子只能：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中的原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。態(tài)中的原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。 2、原子能級的躍遷假設(shè)、原子能級的躍遷假設(shè)：原

5、子從一個：原子從一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，原子輻射一定頻定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，原子輻射一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定。差決定。 3、原子中電子運動軌道量子化假設(shè)、原子中電子運動軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行軌道。由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，電軌道。由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，電子運動的軌道也是不連續(xù)的。子運動的軌道也是不連續(xù)的。7雖然處于同一光子態(tài)的光子數(shù)并非嚴格的不隨時間的變化，但雖然處于同一光子態(tài)的光子數(shù)并非嚴格的不隨時間的變化，但其其平均光子數(shù)平均光子數(shù)是可以確

6、定的。是可以確定的。 處于同一光子態(tài)的平均光子數(shù)叫做處于同一光子態(tài)的平均光子數(shù)叫做光子簡并度光子簡并度。 注意：提高光子簡并度，可以獲得高相干光，是激光產(chǎn)生的注意：提高光子簡并度，可以獲得高相干光，是激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)。物理基礎(chǔ)。光子是玻色子光子是玻色子，不遵循泡利不相容原理，服從，不遵循泡利不相容原理，服從玻爾茲曼統(tǒng)計分布規(guī)律玻爾茲曼統(tǒng)計分布規(guī)律，即：，即：處于處于同一狀態(tài)的光子可以有無數(shù)個同一狀態(tài)的光子可以有無數(shù)個。多個光子處于同一狀態(tài)的現(xiàn)象，叫做。多個光子處于同一狀態(tài)的現(xiàn)象，叫做簡簡并并。光子簡并度光子簡并度有以下幾種相同的含義：有以下幾種相同的含義： 同態(tài)光子數(shù)；同態(tài)光子數(shù)； 同一模式

7、的光子數(shù)；同一模式的光子數(shù)； 處于同一相格，偏振狀態(tài)相同的光子數(shù)。處于同一相格，偏振狀態(tài)相同的光子數(shù)。電子電子是費米子，遵循泡利不相容原理是費米子，遵循泡利不相容原理：處于同一狀態(tài)的電子只有一個。：處于同一狀態(tài)的電子只有一個。8玻爾茲曼統(tǒng)計分布：玻爾茲曼統(tǒng)計分布：21()2211EEKTnfenf 12ff、能級能級 和和 的簡并度，的簡并度， 或稱統(tǒng)計權(quán)重或稱統(tǒng)計權(quán)重1E2E結(jié)論結(jié)論：熱平衡狀態(tài)時，低能級的粒子數(shù)總要比高能級：熱平衡狀態(tài)時，低能級的粒子數(shù)總要比高能級的粒子數(shù)多。的粒子數(shù)多。9102E1E發(fā)光前發(fā)光前h發(fā)光后發(fā)光后21hEE 11普通光源普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的

8、發(fā)光過程（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過程為自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨立，頻率、為自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨立，頻率、振動方向、相位不一定相同振動方向、相位不一定相同為為非相干光非相干光。自發(fā)躍遷幾率（自發(fā)躍遷愛因斯坦系數(shù)）：自發(fā)躍遷幾率（自發(fā)躍遷愛因斯坦系數(shù)）：21A211SA 原子在能級原子在能級 的平均壽命的平均壽命2E只與原子本身性質(zhì)有關(guān)，與輻射場無關(guān)。只與原子本身性質(zhì)有關(guān)，與輻射場無關(guān)。122E1E吸收前吸收前h吸收后吸收后21hEE 受激吸收躍遷幾率：受激吸收躍遷幾率：1212WB 12B：受激吸收躍遷愛因斯坦系數(shù)：受激吸收躍遷愛因斯坦系數(shù)只與原子本身

9、性質(zhì)有關(guān)。只與原子本身性質(zhì)有關(guān)。與原子本身性質(zhì)和輻射場能量密度有關(guān)。與原子本身性質(zhì)和輻射場能量密度有關(guān)。132E1E發(fā)光前發(fā)光前hh發(fā)光后發(fā)光后h21hEE 當外來光子的頻率滿足當外來光子的頻率滿足 時，使原子中處于高時，使原子中處于高能級的電子在外來光子的激發(fā)下向低能級躍遷而發(fā)光。能級的電子在外來光子的激發(fā)下向低能級躍遷而發(fā)光。21hEE 21B：受激輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)：受激輻射躍遷愛因斯坦系數(shù)只與原子本身性質(zhì)有關(guān)只與原子本身性質(zhì)有關(guān)受激輻射躍遷幾率：受激輻射躍遷幾率：2121WB 與原子本身性質(zhì)和輻射場能量密度有關(guān)與原子本身性質(zhì)和輻射場能量密度有關(guān)141516高能級粒子數(shù)恒小于低能級粒子

10、數(shù)，熱平高能級粒子數(shù)恒小于低能級粒子數(shù)，熱平衡態(tài)下的物質(zhì)只能收光子。衡態(tài)下的物質(zhì)只能收光子。要想產(chǎn)生激光，要想產(chǎn)生激光，必須實現(xiàn)粒子必須實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。數(shù)反轉(zhuǎn)分布。17集居數(shù)反轉(zhuǎn)：集居數(shù)反轉(zhuǎn)：.,112212nffnEE 外界泵浦外界泵浦受激吸收受激吸收( ) 受激輻射（受激輻射（ ）集居數(shù)反轉(zhuǎn)集居數(shù)反轉(zhuǎn)（熱平衡態(tài)）（熱平衡態(tài)） （非熱平衡態(tài)）（非熱平衡態(tài)）1122nffn1122nffn 光放大條件：光放大條件： 1122nffn（非熱平衡態(tài)）（非熱平衡態(tài)）18M1M2工作物質(zhì)工作物質(zhì)19M1M2工作物質(zhì)工作物質(zhì)2021222500W YAG固體激光器固體激光器2324252627激光器

11、激光器電源電源28293031n高亮度n單色性好單色性好n相干性好相干性好（一）激光光束的基本特性（一）激光光束的基本特性（二）激光光束的模式特性（二）激光光束的模式特性32光束發(fā)散角光束發(fā)散角=2 sr光源發(fā)出光束的方向性通常用發(fā)散角來表示。光源發(fā)出光束的方向性通常用發(fā)散角來表示。發(fā)散角：光源所發(fā)出光線中兩條邊沿光線之間的夾角。發(fā)散角：光源所發(fā)出光線中兩條邊沿光線之間的夾角。不同類型的激光器的方向性：不同類型的激光器的方向性：氣體激光器（氣體激光器（He-Ne）：）： 2 210-4rad固體激光器：固體激光器： 2 210-2rad半導體激光器：水平方向半導體激光器：水平方向 2 3080

12、 豎直方向豎直方向 2 2004003334tSEB.35具有單一頻率的光波稱為具有單一頻率的光波稱為單色光單色光。任何光源所發(fā)出的光波都有一定的頻率（或波長任何光源所發(fā)出的光波都有一定的頻率（或波長范圍，在此范圍內(nèi)，各種頻率（或波長）所對應(yīng)范圍，在此范圍內(nèi)，各種頻率（或波長）所對應(yīng)的強度是不同的。的強度是不同的。 2 2 20I0I波長范圍越窄，光的單色性越好。波長范圍越窄，光的單色性越好。譜線寬度譜線寬度：通常用強度下降到20I的兩點之間的波長范圍的兩點之間的波長范圍 ： 譜線寬度是標志光的單色性好壞的物理量。譜線寬度是標志光的單色性好壞的物理量。3.3.激光的單色性好激光的單色性好363

13、.3.激光的單色性好激光的單色性好從從頻域頻域來表示單色性：來表示單色性：12374.4.激光的相干性好激光的相干性好一、光相干的條件一、光相干的條件兩束光在某一點相遇產(chǎn)生干涉的條件是：兩束光在某一點相遇產(chǎn)生干涉的條件是：頻率相同、頻率相同、振動方向相同、位相差恒定振動方向相同、位相差恒定。二、時間相干性二、時間相干性由同一光源在由同一光源在不同時刻不同時刻發(fā)出來的兩光波發(fā)出來的兩光波在在空間空間同一同一點點的相干性。的相干性。也可理解為也可理解為同一光源同一光源發(fā)出的兩列光波經(jīng)過發(fā)出的兩列光波經(jīng)過不同的路徑不同的路徑，在在相隔一段時間相隔一段時間后在后在空間某一點空間某一點會合，還能發(fā)生干涉

14、，會合，還能發(fā)生干涉，這段時間就是相干時間這段時間就是相干時間 。c38二、時間相干性二、時間相干性邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀相干時間相干時間：光通過相干長度所需要的時間，記做：光通過相干長度所需要的時間，記做 。ccccL.1c相干長度相干長度Lc：兩波列之間允許的最大光程差。：兩波列之間允許的最大光程差。c結(jié)論：結(jié)論：光譜線寬度越窄，光譜線寬度越窄，光的相干長度和相干時間光的相干長度和相干時間則越長。則越長。39三、空間相干性三、空間相干性Youngs雙縫干涉雙縫干涉空間相干性空間相干性：同一時間同一時間，由，由空間不同點空間不同點發(fā)出的光波的相干性。發(fā)出的光波的相干性。光源寬度光源寬度

15、2b、狹縫間隔、狹縫間隔d對干涉條紋會產(chǎn)生影響對干涉條紋會產(chǎn)生影響1）臨界寬度：）臨界寬度：dRbc當光源寬度大于當光源寬度大于2bc時，不產(chǎn)生干涉。時，不產(chǎn)生干涉。402）2b一定時，兩縫間最大允許距離（一定時，兩縫間最大允許距離（橫向相干長度橫向相干長度）：）：bRdc2：光源對兩狹縫連線中心的張角。：光源對兩狹縫連線中心的張角。單模激光器的橫向相干性好。單模激光器的橫向相干性好。41光波模式的幾種含義：光波模式的幾種含義：（1）諧振腔內(nèi)）諧振腔內(nèi)穩(wěn)定的電磁場分布狀態(tài)穩(wěn)定的電磁場分布狀態(tài)；（2）能夠存在與諧振腔內(nèi)的）能夠存在與諧振腔內(nèi)的駐波（兩列振幅相等、頻率相等、駐波（兩列振幅相等、頻率

16、相等、傳播方向相反的簡諧波疊加而成的波）傳播方向相反的簡諧波疊加而成的波）。/ 2xy422qnl 縱模縱模：沿諧振腔軸線方向傳播的光束所形成的駐波。：沿諧振腔軸線方向傳播的光束所形成的駐波。駐波條件：駐波條件：n: 腔內(nèi)介質(zhì)的折射率；腔內(nèi)介質(zhì)的折射率；l : 腔長；腔長；q: 正整數(shù)。正整數(shù)。寫成頻率形式：寫成頻率形式：qnlcq2注意注意：每一種頻率代表一種振蕩方式，稱為：每一種頻率代表一種振蕩方式，稱為“模式模式”。43縱模頻譜與腔內(nèi)存在的頻率：縱模頻譜與腔內(nèi)存在的頻率：能夠存在的頻率能夠存在的頻率小結(jié)小結(jié)：諧振腔可：諧振腔可以實現(xiàn)選模。以實現(xiàn)選模?？v模的意義縱模的意義：決定光波的：決定

17、光波的頻率特性頻率特性，不能在光屏上看到。，不能在光屏上看到。44表示方法表示方法：TEMmnqm , n: 表示橫模；表示橫模； q: 表示縱模。表示縱模。橫模的意義橫模的意義：決定光束的：決定光束的方向性方向性，可以在光屏上看到。，可以在光屏上看到。454647高斯光束高斯光束：與光軸垂直的平面內(nèi)光波：與光軸垂直的平面內(nèi)光波電場矢量電場矢量按照高斯函數(shù)按照高斯函數(shù) 分布的光束。分布的光束。)()(2(exp)(exp()(),(222220zizRyxziKzyxzAzyxE電場矢量表達式：電場矢量表達式：一維高斯分布函數(shù)一維高斯分布函數(shù)振幅部分振幅部分位相部分位相部分48)(1)(220

18、0zz)(1 )(220zzzR)()(2(exp)(exp()(),(222220zizRyxziKzyxzAzyxE0：光束束腰，即：光束束腰，即z=0位置的光斑半徑。位置的光斑半徑。 在任意在任意z位置的光斑尺寸：位置的光斑尺寸： 在任意在任意z z位置波面的曲率半徑：位置波面的曲率半徑：與與z有關(guān)的位相因子：有關(guān)的位相因子：49exp)0 ,(20200AyxE)()(2(exp)(exp()(),(222220zizRyxziKzyxzAzyxE結(jié)論：結(jié)論：（1）相位部分消失，）相位部分消失，z=0的平面是的平面是等相位面，類似平面波；等相位面，類似平面波；（2）振幅按照高斯函數(shù)分布

19、。）振幅按照高斯函數(shù)分布。50)()(2(exp)(exp()(),(222220zizRyxziKzyxzAzyxE振幅部分：振幅部分： 仍按照高斯函數(shù)分布。仍按照高斯函數(shù)分布。51（2）相位部分：）相位部分： 表示波陣面是一個球面，其曲率半徑為表示波陣面是一個球面，其曲率半徑為0202000)(1)(zzzzR波面的曲率中心在不斷變化。波面的曲率中心在不斷變化。52ff128. 12200遠場發(fā)散角：遠場發(fā)散角：腰斑越小，發(fā)散角越大。腰斑越小，發(fā)散角越大。53)()(1)(12zizRzq（1）q參數(shù)變換：參數(shù)變換：引入一個引入一個q參數(shù)，將高斯光束的兩個參數(shù)，將高斯光束的兩個 重要參數(shù)同

20、一起來。重要參數(shù)同一起來。)(1Im()(1)(1Re()(1zqzzqzR根據(jù)根據(jù)q參數(shù)可以很容易求出另外兩個參數(shù)：參數(shù)可以很容易求出另外兩個參數(shù)：54zqzizq020)(由由Z0位置傳輸?shù)轿恢脗鬏數(shù)絑位置時：位置時：z0z55fRR111q參數(shù)變換：參數(shù)變換：fzqfiRiRzq1)(1111)(122 半徑關(guān)系：半徑關(guān)系：56DCqBAqq112DCBAM復雜光學系統(tǒng)復雜光學系統(tǒng)q1q2變換規(guī)律：變換規(guī)律：57585912122)(1 )1 (1 ffRRz12f出射光束束腰與透鏡的距離：出射光束束腰與透鏡的距離：當當 時，時，fz結(jié)論：結(jié)論：采用短焦距透鏡有利于聚焦。采用短焦距透鏡有

21、利于聚焦。60fR2122 0)(1 結(jié)論結(jié)論：透鏡焦距越短，入射高斯光束腰斑越粗，聚焦效果越好。：透鏡焦距越短，入射高斯光束腰斑越粗，聚焦效果越好。616263采用倒置望遠鏡準直的系統(tǒng)：采用倒置望遠鏡準直的系統(tǒng)：640022211422ff入射發(fā)散角入射發(fā)散角出射發(fā)散角出射發(fā)散角準直效果的評價準直效果的評價發(fā)散角的壓縮比：發(fā)散角的壓縮比：1011011240.22MffM望遠鏡的壓縮比望遠鏡的壓縮比656667SR不同時間、不同地點、不同時間、不同地點、不同條件下頻率的變化量不同條件下頻率的變化量68nLcqq2引起頻率變化的主要原因是引起頻率變化的主要原因是腔長腔長L和和折射率折射率n的變

22、化。的變化。（一）（一） 腔長腔長L的變化的變化1.溫度變化溫度變化：一般選用熱膨脹系數(shù)小的材料做為諧振腔的的支架。：一般選用熱膨脹系數(shù)小的材料做為諧振腔的的支架。2.機械振動機械振動：采取減震措施。：采取減震措施。（二）（二） 折射率的變化折射率的變化溫度溫度T、氣壓、氣壓P、濕度、濕度h的變化會引起折射率變化。的變化會引起折射率變化。因此對非內(nèi)腔激光器來說，應(yīng)盡量減小暴露于大氣的部分，同時還因此對非內(nèi)腔激光器來說，應(yīng)盡量減小暴露于大氣的部分，同時還要屏蔽通風以減小要屏蔽通風以減小T 、 P、 h的脈動。的脈動。697071以激光器內(nèi)原子躍遷的中心頻率做為參考頻率，把激光頻率以激光器內(nèi)原子躍

23、遷的中心頻率做為參考頻率，把激光頻率鎖定到原子躍遷的中心頻率上。鎖定到原子躍遷的中心頻率上。72壓電陶瓷壓電陶瓷正電壓：縮短正電壓：縮短負電壓：伸長負電壓：伸長當當0時，輸出信號變化頻率是調(diào)制信號的時，輸出信號變化頻率是調(diào)制信號的2倍倍，相敏檢波器不工作，相敏檢波器不工作，輸出為輸出為0；當當A時，輸出信號與調(diào)制信號時，輸出信號與調(diào)制信號同頻、反相同頻、反相，相敏檢波器輸出為，相敏檢波器輸出為負負，壓電陶瓷，壓電陶瓷 伸長，腔長變短，激光器頻率增加；伸長，腔長變短，激光器頻率增加；當當B時，輸出信號與調(diào)制信號時，輸出信號與調(diào)制信號同頻、同相同頻、同相，相敏檢波器輸出為，相敏檢波器輸出為正正，壓

24、電陶瓷，壓電陶瓷 縮短，腔長變長，激光器頻率減小?？s短，腔長變長，激光器頻率減小。nLcqq273壓電陶瓷壓電陶瓷正電壓：縮短正電壓：縮短負電壓：伸長負電壓：伸長穩(wěn)頻過程的實質(zhì)穩(wěn)頻過程的實質(zhì)：以原子譜線中心頻率：以原子譜線中心頻率 0 0為參考頻率，當激光振蕩頻率偏離為參考頻率，當激光振蕩頻率偏離 0 0時，時，即輸出一誤差信號，通過伺服系統(tǒng)鑒別出頻率偏離的大小和方向，輸出一個直流即輸出一誤差信號，通過伺服系統(tǒng)鑒別出頻率偏離的大小和方向，輸出一個直流電壓調(diào)節(jié)壓電陶瓷的伸縮來控制腔長，把激光振蕩頻率自動地鎖定在蘭姆凹陷中電壓調(diào)節(jié)壓電陶瓷的伸縮來控制腔長，把激光振蕩頻率自動地鎖定在蘭姆凹陷中心處。

25、心處。nLcqq274 這種裝置在激光諧振腔中除了激光管外，還加了一個這種裝置在激光諧振腔中除了激光管外，還加了一個吸收管吸收管。在吸收管內(nèi)。在吸收管內(nèi)充以特定的氣體，此氣體在激光諧振頻率處應(yīng)有一個強的吸收線，且吸收管內(nèi)充以特定的氣體，此氣體在激光諧振頻率處應(yīng)有一個強的吸收線，且吸收管內(nèi)所充氣體的氣壓很低。所充氣體的氣壓很低。這是一種利用這是一種利用外界頻率標準外界頻率標準進行高穩(wěn)定度的穩(wěn)頻方法。進行高穩(wěn)定度的穩(wěn)頻方法。75吸收很低吸收很低增益很高增益很高穩(wěn)頻的參穩(wěn)頻的參考點考點7677能級分裂能級分裂譜線分裂譜線分裂分裂前的譜線分裂前的譜線分裂后的譜線分裂后的譜線78穩(wěn)頻過程穩(wěn)頻過程：首先利

26、用分裂后兩偏振光的：首先利用分裂后兩偏振光的偏振狀態(tài)不同偏振狀態(tài)不同，對兩偏，對兩偏振光進行分離。然后，通過探測兩偏振光振光進行分離。然后，通過探測兩偏振光光強的差別光強的差別來判斷頻來判斷頻率偏離的率偏離的方向方向和和大小大小。最后通過伺服系統(tǒng)。最后通過伺服系統(tǒng)控制腔長的變化控制腔長的變化實現(xiàn)實現(xiàn)穩(wěn)頻。穩(wěn)頻。798081 激光是一種頻率更高（激光是一種頻率更高（10131015Hz)的電磁波，它具有很的電磁波，它具有很好相干性，因而象以往電磁波（收音機、電視等）一樣可以用好相干性，因而象以往電磁波（收音機、電視等）一樣可以用來作為傳遞信息的載波。來作為傳遞信息的載波。1. 調(diào)制的基本概念調(diào)制

27、的基本概念 由激光由激光“攜帶攜帶”的信息的信息(包括語言、文字、圖像、符號等包括語言、文字、圖像、符號等)通過一定的傳輸通道通過一定的傳輸通道(大氣、光纖等大氣、光纖等)送到接收器，再由光接收送到接收器，再由光接收器鑒別并還原成原來的信息。器鑒別并還原成原來的信息。這種將信息加載于激光的過程稱之為這種將信息加載于激光的過程稱之為調(diào)制。調(diào)制。完成這一過程的裝置稱為完成這一過程的裝置稱為調(diào)制器調(diào)制器。其中激光稱為。其中激光稱為載載波波；起控制作用的低頻信；起控制作用的低頻信息稱為息稱為調(diào)制信號調(diào)制信號。)(txt解調(diào)：解調(diào)：調(diào)制的反過程，即調(diào)制的反過程，即把調(diào)制信號還原成原來的把調(diào)制信號還原成原

28、來的信息。信息。82根據(jù)調(diào)制器和激光器的相對關(guān)系，可以分為根據(jù)調(diào)制器和激光器的相對關(guān)系，可以分為內(nèi)調(diào)制內(nèi)調(diào)制和和外調(diào)制外調(diào)制。內(nèi)調(diào)制內(nèi)調(diào)制：是指加載調(diào)制信號是是指加載調(diào)制信號是在激光振蕩過程中進行在激光振蕩過程中進行的，即以的，即以調(diào)制信號去改變激光器的振蕩參數(shù)，從而改變激光輸出特性以調(diào)制信號去改變激光器的振蕩參數(shù)，從而改變激光輸出特性以實現(xiàn)調(diào)制實現(xiàn)調(diào)制。2. 調(diào)制的分類：調(diào)制的分類：（注入式半導體激光器（注入式半導體激光器是一種典型的內(nèi)調(diào)制器件，是用調(diào)制是一種典型的內(nèi)調(diào)制器件，是用調(diào)制信號直接改變它的泵浦驅(qū)動電流，使輸出的激光強度受到調(diào)信號直接改變它的泵浦驅(qū)動電流，使輸出的激光強度受到調(diào)制，

29、也稱直接調(diào)制制，也稱直接調(diào)制)。外調(diào)制外調(diào)制：是指激光形成之后，是指激光形成之后，在激光器外的光路上在激光器外的光路上放置調(diào)制器，放置調(diào)制器，用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理特性，當激光通過調(diào)制器時，就用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理特性，當激光通過調(diào)制器時，就會使光波的某參量受到調(diào)制會使光波的某參量受到調(diào)制。激光調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)可以分為激光調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)可以分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及強度調(diào)調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及強度調(diào)制等制等。按調(diào)制器的工作原理，可分為按調(diào)制器的工作原理，可分為電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制、直接調(diào)制（電源調(diào)制）和干涉調(diào)制。制、直接調(diào)制（電源調(diào)制）和干涉調(diào)制。83)

30、(cos)()(02202tAtEtIt( )I t載波調(diào)制信號強度調(diào)制強度調(diào)制)(cos)cos1 ()(02220ttMAtImI強度調(diào)制系數(shù)強度調(diào)制系數(shù)84晶體施加電壓后，會出現(xiàn)晶體施加電壓后，會出現(xiàn)感應(yīng)雙折感應(yīng)雙折射射和和坐標旋轉(zhuǎn)坐標旋轉(zhuǎn)，沿，沿x方向入射的線方向入射的線偏振光會分解為沿偏振光會分解為沿x和和y兩個方向兩個方向同頻率、同振幅的線偏振光。同頻率、同振幅的線偏振光。zyzxEnnnEnnn6330063300212185VnlEnlnnzoxy633063322)(2半波電壓半波電壓：位相差：位相差所對應(yīng)的電壓叫做半波電壓，所對應(yīng)的電壓叫做半波電壓， 是表征材料光電性能的一

31、個重要參數(shù)。是表征材料光電性能的一個重要參數(shù)。86經(jīng)過晶體和四分之一波片產(chǎn)生的總位相差經(jīng)過晶體和四分之一波片產(chǎn)生的總位相差為：為： 87總的光強透過率總的光強透過率:)2(sin20IIT調(diào)制信號調(diào)制信號光強透過率光強透過率靜態(tài)工作點會決定輸出信號波形。88外電場不改變出射光的偏振狀態(tài)，僅外電場不改變出射光的偏振狀態(tài)，僅改變其相位改變其相位。89nvsxn0ns 超聲行波在介質(zhì)中的傳播超聲行波在介質(zhì)中的傳播90 1.當當超聲波頻率較低超聲波頻率較低，光波平行于聲波面入射光波平行于聲波面入射(即垂直于聲即垂直于聲場傳播方向場傳播方向)，聲光互作用長度聲光互作用長度L較短較短時，產(chǎn)生拉曼時，產(chǎn)生拉

32、曼納斯衍納斯衍射。射。特點特點：各級衍射光對稱分布在中央零級的兩側(cè)；光的利用率不高。：各級衍射光對稱分布在中央零級的兩側(cè)；光的利用率不高。912.2.布拉格衍射：布拉格衍射：當當超聲波頻率較高超聲波頻率較高，光波不平行于聲波面入光波不平行于聲波面入射射(即斜入射即斜入射)，聲光互作用長度聲光互作用長度L較長較長時，產(chǎn)生布拉格衍射。時，產(chǎn)生布拉格衍射。特點：特點：只出現(xiàn)只出現(xiàn)0級級和和+l級級(或或-1級級)(由入射光的方向而定由入射光的方向而定)衍射光；衍射光； 光能利用率高。光能利用率高。92組成：組成：由由聲光介質(zhì)、電聲光介質(zhì)、電聲換能器、吸聲聲換能器、吸聲(或反射或反射) 裝置裝置及及驅(qū)動電源驅(qū)動電源四個部分所組成。四個部分所組成。93各個部分的功能：各個部分的功能：949596直接調(diào)制直接調(diào)制：是把要傳遞