第七章 光輻射的調(diào)制

1、1本課程評(píng)分方法本課程評(píng)分方法總成績(jī)總成績(jī)=平時(shí)平時(shí)成績(jī)成績(jī) 3040%+ 期末考試期末考試 7060% 缺席缺席 次數(shù)次數(shù)10平時(shí)平時(shí)成績(jī)成績(jī) ：包括平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn)、討論：包括平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn)、討論及小論文等及小論文等缺席一次缺席一次 = 10分分每天提醒大家：每天提醒大家：我的個(gè)人信息：我的個(gè)人信息：手機(jī)：手機(jī)Q ：343931115 （天津的，沒錯(cuò)?。ㄌ旖虻?，沒錯(cuò)！）郵箱：郵箱：歡迎各位同學(xué)有事聯(lián)系我！感謝！歡迎各位同學(xué)有事聯(lián)系我！感謝！最后祝大家中秋、國(guó)慶最后祝大家中秋、國(guó)慶快樂！快樂！補(bǔ)充知識(shí)：補(bǔ)充知識(shí)：光波在晶體中的傳播光波在晶體中的傳播 0、晶體

2、光學(xué)的各向異性、晶體光學(xué)的各向異性 在許多晶體中，由于分子本身以及排列上的各向異性，必然地影響到晶體的物理性質(zhì)。光波在晶體中傳播時(shí)，其電場(chǎng)分量與物質(zhì)相互作用也會(huì)隨傳播方向的不同而有所不同，表現(xiàn)為各向異性。晶體在光學(xué)上的各向異性，究其根源有兩條。晶體在光學(xué)上的各向異性，究其根源有兩條。1：組成晶體的各基元（原子、分子或離子），本：組成晶體的各基元（原子、分子或離子），本身就是各向異性的。當(dāng)它們按照某種規(guī)則組合在一身就是各向異性的。當(dāng)它們按照某種規(guī)則組合在一起的時(shí)候，在宏觀上就可表現(xiàn)出各向異性來。起的時(shí)候，在宏觀上就可表現(xiàn)出各向異性來。2：各向同性的基元，如果在晶體中的排列方式存：各向同性的基元，

3、如果在晶體中的排列方式存在著各向異性，也可以在宏觀上表現(xiàn)出各向異性來。在著各向異性，也可以在宏觀上表現(xiàn)出各向異性來。3：晶體的各向異性，其實(shí)就是晶體對(duì)入射光的作：晶體的各向異性，其實(shí)就是晶體對(duì)入射光的作用，在不同方向上有著不同的用，在不同方向上有著不同的反應(yīng)能力反應(yīng)能力-晶體中晶體中束縛電荷，在光波電場(chǎng)作用下的束縛電荷，在光波電場(chǎng)作用下的位移量位移量。不同的位。不同的位移量，對(duì)應(yīng)著不同的移量，對(duì)應(yīng)著不同的媒質(zhì)極化媒質(zhì)極化。表征媒質(zhì)極化狀態(tài)。表征媒質(zhì)極化狀態(tài)的客觀量就是的客觀量就是介電常數(shù)介電常數(shù) 。1 1、介電張量、介電張量jijjEP0在各向異性晶體中，極化強(qiáng)度與電場(chǎng)的關(guān)系為：:是電極化率二

4、階張量其中ij. 3 , 2 , 1,ji333231232221131211其表明，極化強(qiáng)度分量不僅與同方向的電場(chǎng)分量有關(guān)，其表明，極化強(qiáng)度分量不僅與同方向的電場(chǎng)分量有關(guān)，還會(huì)受到另外兩個(gè)方向的電場(chǎng)分量的影響。極化強(qiáng)度還會(huì)受到另外兩個(gè)方向的電場(chǎng)分量的影響。極化強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度方向一般不一致與電場(chǎng)強(qiáng)度方向一般不一致PED0)1 (0jijjED333231232221131211)1 (0ijij 可以找到這樣的方向，當(dāng)電場(chǎng)沿可以找到這樣的方向，當(dāng)電場(chǎng)沿著這個(gè)方向時(shí)，晶體也在著這個(gè)方向時(shí)，晶體也在該方該方向向極化，電場(chǎng)強(qiáng)度和極化強(qiáng)度方向極化，電場(chǎng)強(qiáng)度和極化強(qiáng)度方向一致，介電張量的非對(duì)角元素為一致

5、，介電張量的非對(duì)角元素為零。這樣的三個(gè)方向構(gòu)成的坐標(biāo)零。這樣的三個(gè)方向構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為主介電坐標(biāo)系（主坐標(biāo)系稱為主介電坐標(biāo)系（主坐標(biāo)系），這三個(gè)方向?yàn)榫w的主軸系），這三個(gè)方向?yàn)榫w的主軸方向。此時(shí)：方向。此時(shí)：zyxzyxEEEDDD332211000000jijjEP0準(zhǔn)確描述出晶體的準(zhǔn)確描述出晶體的介電常數(shù)介電常數(shù) ，要給出一個(gè)橢球，要給出一個(gè)橢球方程：方程：介電常數(shù)，其取值是介電常數(shù)，其取值是E和和D之方向的函數(shù)，此方程之方向的函數(shù)，此方程正好能說明介電常數(shù)取值的空間分布。這樣的量，正好能說明介電常數(shù)取值的空間分布。這樣的量，叫晶體的叫晶體的介電張量介電張量。它是描述晶體光學(xué)各向異性的

6、。它是描述晶體光學(xué)各向異性的基本物理量?；疚锢砹俊?222222zyxnznynx2、雙折射、雙折射（1）、雙折射現(xiàn)象 同一束入射光射到晶體，折射后分成兩束光的現(xiàn)象稱為雙折射。（冰洲石：CaCO3，方解石的一種）（2）、o光和e光一束平行光線照射到晶體表面，在晶體內(nèi)的兩條折射線中，一條總是符合普通的折射定律稱為尋常光總是符合普通的折射定律稱為尋常光o光，而另一條卻常常違背它，稱之為非尋常光另一條卻常常違背它，稱之為非尋常光e光.（o光、e光只是在晶體里面有意義）(ordinary exception)(3)、晶體的光軸晶體的光軸 在晶體中存在著一在晶體中存在著一個(gè)特殊的方向，光線沿個(gè)特殊的方

7、向，光線沿著這個(gè)方向傳播時(shí)，著這個(gè)方向傳播時(shí)，o光光和和e光不分開，這個(gè)特殊光不分開，這個(gè)特殊的方向稱為晶體的光軸。的方向稱為晶體的光軸。Note：光軸不是一條線，光軸不是一條線，而是一個(gè)方向而是一個(gè)方向。102AB光軸光軸787878102102（4）、主平面 晶體中某條光線與晶體光軸某條光線與晶體光軸構(gòu)成的平面，稱為主平面。 o光的偏振：電矢量的振動(dòng)方向與主平面光的偏振：電矢量的振動(dòng)方向與主平面垂直。垂直。 e光的偏振：電矢量的振動(dòng)方向與主平面光的偏振：電矢量的振動(dòng)方向與主平面平行。平行。(5)、單軸晶體、雙軸晶體 只有一個(gè)光軸方向的晶體稱為單晶體。 如：冰洲石、石英、紅寶石、冰等。 有兩

8、個(gè)光軸方向的晶體，稱為雙晶體。如：云母、蘭寶石、橄欖石、硫磺等。 在單軸晶體中，o光傳播規(guī)律與普通各向同性媒質(zhì)中一樣，沿各個(gè)方向的傳播速度v0相同，其波面是球面。e光沿各個(gè)方向的傳播速度不相同，沿光軸方向傳播速度與o光一樣，也是v0 ，沿垂直光軸方向的傳播速度是另一數(shù)值ve，沿其它方向傳播速度v介于v0與ve之間，其波面是一橢球面。（6）主折射率 對(duì)于o光晶體的折射率 no=c/ v0 ,但對(duì)e光，因?yàn)樗环钠胀ǖ恼凵涠桑荒芎?jiǎn)單地用一個(gè)折射率來反映它折射的規(guī)律。通常仍把真空光速c與e光沿垂直于光軸傳播時(shí)的速度ve之比也叫做它的折射率,用ne表示， ne=c/ve（7）、負(fù)晶體、正晶體負(fù)晶

9、體（冰洲石）: ve v0 no ne（內(nèi)切球）正晶體（石英）: ve v0 none （外切球） 7.1 7.1 機(jī)械調(diào)制機(jī)械調(diào)制利用斬波器通斷光通量，使利用斬波器通斷光通量，使探測(cè)光成為調(diào)制光。探測(cè)光成為調(diào)制光。調(diào)制光并配上合適的有源帶通濾波器，以調(diào)制光并配上合適的有源帶通濾波器，以克服雜散光的干擾克服雜散光的干擾 。斬波器斬波器有源帶通有源帶通濾波器濾波器探測(cè)器輸出的光電流探測(cè)器輸出的光電流設(shè)計(jì)有源帶通濾波器，設(shè)計(jì)有源帶通濾波器，f f0 0為方波頻率。通頻帶為方波頻率。通頻帶f f窄，雜散光被濾去。窄，雜散光被濾去。 優(yōu)點(diǎn)：容易優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)；能對(duì)實(shí)現(xiàn)；能對(duì)輻射的任何輻射的任何光譜成分

10、進(jìn)光譜成分進(jìn)行調(diào)制。行調(diào)制。缺點(diǎn)：有運(yùn)缺點(diǎn)：有運(yùn)動(dòng)部分，壽動(dòng)部分，壽命較短，體命較短，體積較大，調(diào)積較大，調(diào)制頻率不高。制頻率不高。一些機(jī)械調(diào)制裝置一些機(jī)械調(diào)制裝置7.2 7.2 電光調(diào)制電光調(diào)制在強(qiáng)電場(chǎng)作用下介質(zhì)折射率改變而產(chǎn)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下介質(zhì)折射率改變而產(chǎn)生的光調(diào)制。生的光調(diào)制。適用于單色光源。適用于單色光源。一、電光效應(yīng)一、電光效應(yīng) 線性電光效應(yīng)線性電光效應(yīng)（PockelsPockels）nE二次電光效應(yīng)二次電光效應(yīng)（KerrKerr）2nE介質(zhì)原本是單軸晶體。介質(zhì)原本是單軸晶體。介質(zhì)原本是各向同性晶體。介質(zhì)原本是各向同性晶體。 電光調(diào)制基于線性電光效應(yīng)。電光調(diào)制基于線性電光效應(yīng)。631

11、. 1. 的縱向電光效應(yīng)的縱向電光效應(yīng)KDPKDP負(fù)單軸晶體負(fù)單軸晶體 切Z強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)E/ZE/Z軸軸,KDP,KDP變?yōu)殡p軸晶體；變?yōu)殡p軸晶體；線偏振光沿線偏振光沿Z Z軸入射，分解成軸入射，分解成X X、Y Y方向上振幅相同的兩個(gè)線偏振光。方向上振幅相同的兩個(gè)線偏振光。光傳播方向與光傳播方向與電場(chǎng)方向一致電場(chǎng)方向一致與與X X軸對(duì)應(yīng)的主折射率：軸對(duì)應(yīng)的主折射率： Ennn63302101與與Y Y軸對(duì)應(yīng)的主折射率軸對(duì)應(yīng)的主折射率：Ennn63302102 式中，式中，n no o為為KDPKDP晶體晶體o o光折射率，光折射率， 為電光系數(shù)。為電光系數(shù)。63X X、Y Y方向兩偏振光射出

12、晶體時(shí)有光程差方向兩偏振光射出晶體時(shí)有光程差: :3321063063()nn LnELnU 則相位差為：則相位差為：306322nU 半波電壓半波電壓 : 320632Un造成光程差造成光程差2/ /2U2. 2. 的橫向電光效應(yīng)的橫向電光效應(yīng)63光傳播方向與光傳播方向與電場(chǎng)方向垂直電場(chǎng)方向垂直對(duì)對(duì)KDPKDP晶體采用晶體采用4545-Z-Z切。強(qiáng)電場(chǎng)切。強(qiáng)電場(chǎng)E/ZE/Z軸軸,KDP,KDP變?yōu)殡p軸晶體。變?yōu)殡p軸晶體。入射光沿入射光沿X X軸方向進(jìn)入晶體，軸方向進(jìn)入晶體，其偏振方向與其偏振方向與Z Z、Y Y成成4545，在晶體中分解為，在晶體中分解為Z Z、Y Y方向兩個(gè)振幅相同的線偏振

13、光。方向兩個(gè)振幅相同的線偏振光。與與Z Z軸對(duì)應(yīng)的主折射率：軸對(duì)應(yīng)的主折射率：enn 3與與Y Y軸對(duì)應(yīng)的主折射率：軸對(duì)應(yīng)的主折射率： Ennn63302102式中式中n ne e是晶體是晶體e e光折射率，光折射率，E=U/dE=U/d，U U為外加電壓。為外加電壓。兩個(gè)線偏振光射出晶體時(shí)有光程差：兩個(gè)線偏振光射出晶體時(shí)有光程差：32300631()()2ennLnnLnEL 則相位差為：則相位差為：3006322()eLnn LnUd 消除自然雙折射消除自然雙折射30632LnUd橫向電光效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：橫向電光效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：適當(dāng)?shù)卦黾舆m當(dāng)?shù)卦黾?L/d L/d ，就可以增強(qiáng)電光效應(yīng)的作用，就可

14、以增強(qiáng)電光效應(yīng)的作用而降低晶體上所需的電壓；電極設(shè)在橫向，不影而降低晶體上所需的電壓；電極設(shè)在橫向，不影響光的傳播；在外加電壓響光的傳播；在外加電壓 U U一定時(shí)，加長(zhǎng)晶體通一定時(shí)，加長(zhǎng)晶體通光長(zhǎng)度并不影響晶體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，因而可以加光長(zhǎng)度并不影響晶體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，因而可以加長(zhǎng)晶體長(zhǎng)度獲得較大的相位延遲。長(zhǎng)晶體長(zhǎng)度獲得較大的相位延遲。半波電壓半波電壓 為為:/2U320632dUnL通常，縱向通常，縱向 是數(shù)千伏，是數(shù)千伏，橫向橫向 只是數(shù)百伏。只是數(shù)百伏。/2U/2U3.3.電光晶體材料電光晶體材料 用于線性電光效應(yīng)的電光晶體，除要求電光用于線性電光效應(yīng)的電光晶體，除要求電光效應(yīng)強(qiáng)以外，還需

15、綜合考慮：效應(yīng)強(qiáng)以外，還需綜合考慮：對(duì)使用的波段要有較高的透過率；光學(xué)均勻?qū)κ褂玫牟ǘ我休^高的透過率；光學(xué)均勻性好、耐壓高；對(duì)光波和調(diào)制波的損耗小；性好、耐壓高；對(duì)光波和調(diào)制波的損耗??；折射率隨溫度的變化較?。徽凵渎孰S溫度的變化較??；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易于獲得大尺寸晶體等。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易于獲得大尺寸晶體等。 、在可見和近紅外區(qū)主要有在可見和近紅外區(qū)主要有KDPKDP類晶體、類晶體、LiTaOLiTaO3 3、LiNbOLiNbO3 3、KTNKTN等。等。在中紅外區(qū)有在中紅外區(qū)有GaAsGaAs、CuclCucl、CdTeCdTe等。等。 KDPKDP類晶體、類晶體、LiNbOLiNbO3 3

16、（LNLN）晶體應(yīng)用廣泛。）晶體應(yīng)用廣泛。見表見表2.12.1二、電光強(qiáng)度（或振幅）調(diào)制二、電光強(qiáng)度（或振幅）調(diào)制在在PockelsPockels效應(yīng)中，通過晶體的兩正交線效應(yīng)中，通過晶體的兩正交線偏振光形成了固定的相位差偏振光形成了固定的相位差。在晶體的在晶體的光輸出端光輸出端后置檢偏后置檢偏器器P P2 2，使使N N2 2NN1 1。透過檢偏器透過檢偏器P P2 2的光強(qiáng)的光強(qiáng)I I2 2便受到電信號(hào)的調(diào)制。便受到電信號(hào)的調(diào)制。橫向電光調(diào)制裝置橫向電光調(diào)制裝置分析橫向電光調(diào)制：分析橫向電光調(diào)制：入射光入射光( (光強(qiáng)光強(qiáng)I I1 1）進(jìn)入晶體，）進(jìn)入晶體，其振幅其振幅A A1 1分解成分

17、解成A Az z、A Ay y：45cos1AAAyz兩線偏振光到達(dá)檢偏器，能透過兩線偏振光到達(dá)檢偏器，能透過P P2 2的光振幅：的光振幅：2121cos45cos 452zzAAAA這兩個(gè)線偏振光射出晶這兩個(gè)線偏振光射出晶體，有固定相位差：體，有固定相位差：30632LnUd245cos45cos1212AAAAyy二者有固定相位差二者有固定相位差+，則通過則通過P P2 2的光強(qiáng)：的光強(qiáng)：2222222222222112cos()22cos(1 cos )sin22zyzyyyIAAA AAAAI 式中，式中， 2U21/IIU的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 21210.5sin0.5sinmmI

18、tIIIIt2121(,/0.5)2UUII選取工作點(diǎn)：選取工作點(diǎn)：若要得到光強(qiáng)隨時(shí)間正弦變化的調(diào)制光若要得到光強(qiáng)隨時(shí)間正弦變化的調(diào)制光,可使調(diào)制電壓為：可使調(diào)制電壓為：21sin2mUUUt則有：則有：式中，式中，1IImm可在光路中插入可在光路中插入4/波晶片，取代波晶片，取代 212U則只需在晶體上加調(diào)制電壓則只需在晶體上加調(diào)制電壓sinmUUt就可得到正弦調(diào)制光強(qiáng)。就可得到正弦調(diào)制光強(qiáng)。 是聲音、圖像、數(shù)據(jù)電信號(hào)，是聲音、圖像、數(shù)據(jù)電信號(hào)， mUU f t若若 f t 210.5mIII f t則有則有泡克爾斯（泡克爾斯（PockelsPockels）電光調(diào)制器線性好，）電光調(diào)制器線性

19、好，性能穩(wěn)定，可得到很高的調(diào)制頻率。性能穩(wěn)定，可得到很高的調(diào)制頻率。 三、電光相位調(diào)制三、電光相位調(diào)制在電光效應(yīng)裝置在電光效應(yīng)裝置圖圖2.62.6、圖、圖2.72.7中，中，若使起若使起偏器透光方向偏器透光方向N N1 1與雙軸晶體的其中一個(gè)光與雙軸晶體的其中一個(gè)光軸平行，軸平行，則僅是一個(gè)線偏振光通過晶體，則僅是一個(gè)線偏振光通過晶體，其位相被電信號(hào)調(diào)制。其位相被電信號(hào)調(diào)制。 YN /1在右圖中，若在右圖中，若 Y Y偏振光的偏振光的折射率折射率32006312nnnE， 在晶體入射面處光場(chǎng)為在晶體入射面處光場(chǎng)為cosyiEAt 則光通過晶體后的光場(chǎng)：則光通過晶體后的光場(chǎng)：300631cos(

20、)2yoLEAtnnEc式中，式中，略去常數(shù)相位因子：略去常數(shù)相位因子：0ncL30631cos2yoLEAtnUc d則則可見，該光波的位相因子受電壓可見，該光波的位相因子受電壓U影響。影響。設(shè)設(shè)U為正為正弦弦調(diào)制電壓調(diào)制電壓sinmmUUt 令令306312mlbnUc d 則有：則有： cossinyomEAtbt可見，該輸出光波的位相受到電信號(hào)的調(diào)制?？梢?，該輸出光波的位相受到電信號(hào)的調(diào)制。四、電光調(diào)制的頻率特性四、電光調(diào)制的頻率特性（不講）（不講） 實(shí)際應(yīng)用中，需要電光調(diào)制器達(dá)到高的實(shí)際應(yīng)用中，需要電光調(diào)制器達(dá)到高的調(diào)制頻率和足夠?qū)挼恼{(diào)制帶寬。調(diào)制頻率和足夠?qū)挼恼{(diào)制帶寬。影響調(diào)制影響

21、調(diào)制頻率和調(diào)制帶寬的主要因素為：頻率和調(diào)制帶寬的主要因素為： 1.1.光在晶體中的傳輸時(shí)間光在晶體中的傳輸時(shí)間cLnd0當(dāng)調(diào)制頻率很高時(shí)，在當(dāng)調(diào)制頻率很高時(shí)，在 的時(shí)間內(nèi)，外電場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，外電場(chǎng)會(huì)發(fā)生可觀的變化。光通過晶體的不同部位時(shí)，會(huì)發(fā)生可觀的變化。光通過晶體的不同部位時(shí)，其相位延遲不同，其相位延遲不同，這就限制了調(diào)制頻率。這就限制了調(diào)制頻率。d2.2.晶體諧振電路的帶寬晶體諧振電路的帶寬實(shí)用中，電光調(diào)制器構(gòu)成諧振電路：實(shí)用中，電光調(diào)制器構(gòu)成諧振電路：調(diào)制波與光波以相同速調(diào)制波與光波以相同速度在晶體中傳播，調(diào)制度在晶體中傳播，調(diào)制頻率可達(dá)幾個(gè)頻率可達(dá)幾個(gè) 。 為了適應(yīng)高頻率寬頻帶為了適應(yīng)高

22、頻率寬頻帶調(diào)制信號(hào)的要求，采用調(diào)制信號(hào)的要求，采用行波調(diào)制器。行波調(diào)制器。 01LC調(diào)制帶寬僅在調(diào)制帶寬僅在0附近的有限頻帶內(nèi)。附近的有限頻帶內(nèi)。 GHz 五、光波導(dǎo)調(diào)制器五、光波導(dǎo)調(diào)制器晶體制作的電光調(diào)制器屬于體調(diào)制器，需要施加晶體制作的電光調(diào)制器屬于體調(diào)制器，需要施加相當(dāng)高的電壓，才能實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制。相當(dāng)高的電壓，才能實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制。光波導(dǎo)調(diào)制器可以把光場(chǎng)限制在很小的區(qū)域里，光波導(dǎo)調(diào)制器可以把光場(chǎng)限制在很小的區(qū)域里，從而大大降低所需要的調(diào)制電壓和調(diào)制功率。從而大大降低所需要的調(diào)制電壓和調(diào)制功率。光波導(dǎo)寬度光波導(dǎo)寬度d 極極窄，遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度窄，遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度L。采用橫向電采用橫向電光調(diào)制，半波電光調(diào)制

23、，半波電壓可為幾伏。壓可為幾伏。調(diào)制頻率可達(dá)調(diào)制頻率可達(dá)100GHz100GHz。相位調(diào)制器相位調(diào)制器M-ZM-Z干涉型強(qiáng)度調(diào)制器干涉型強(qiáng)度調(diào)制器2cos2iII 定向耦合器型強(qiáng)度調(diào)制器定向耦合器型強(qiáng)度調(diào)制器在高速光通信中有在高速光通信中有很好的應(yīng)用價(jià)值很好的應(yīng)用價(jià)值 研究動(dòng)向：研究動(dòng)向：用聚合物來用聚合物來形成各向異形成各向異性材料。性材料。 7.3 7.3 聲光調(diào)制聲光調(diào)制利用超聲波引利用超聲波引起介質(zhì)折射率起介質(zhì)折射率變化而產(chǎn)生的變化而產(chǎn)生的光調(diào)制。光調(diào)制。一、聲光效應(yīng)一、聲光效應(yīng)適用于單色光源適用于單色光源驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)電源電電- -聲換能器聲換能器聲光介質(zhì)聲光介質(zhì) 形成聲光柵，柵距形成

24、聲光柵，柵距s 聲光效應(yīng)分為兩種類型：聲光效應(yīng)分為兩種類型：入射光波被聲光柵衍射，衍射光的強(qiáng)度、頻率、入射光波被聲光柵衍射，衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等都隨超聲場(chǎng)變化。這就是聲光效應(yīng)。方向等都隨超聲場(chǎng)變化。這就是聲光效應(yīng)。拉曼拉曼- -奈斯衍射奈斯衍射 布拉格衍射布拉格衍射只有零級(jí)、只有零級(jí)、1 1級(jí)衍射光級(jí)衍射光產(chǎn)生多級(jí)衍射光產(chǎn)生多級(jí)衍射光聲光調(diào)制器采用布拉格聲光調(diào)制器采用布拉格（BraggBragg）衍射衍射布拉格衍射條件：布拉格衍射條件：022sL nBs0sin2零級(jí)、零級(jí)、1 1級(jí)衍射光強(qiáng)：級(jí)衍射光強(qiáng)：)2(sin)2(cos2120iiIIII21330)2(21cos2HLPSPS

25、nnLnssB式中，式中，為聲光為聲光效應(yīng)產(chǎn)效應(yīng)產(chǎn)生的附生的附加相移：加相移：有應(yīng)用價(jià)值的有應(yīng)用價(jià)值的是一級(jí)衍射光是一級(jí)衍射光 2M式中，式中， 為聲光為聲光介質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)。介質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)。 應(yīng)選擇應(yīng)選擇 大的材料，大的材料，常用聲光介質(zhì)見表常用聲光介質(zhì)見表2.22.2。2M二、聲光調(diào)制二、聲光調(diào)制布拉格聲光調(diào)制器布拉格聲光調(diào)制器 21sin ( ) ,22siIPI 36222021cos22)2(sinssBinPMPMHLIIsiPII1的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線選取工作點(diǎn)：選取工作點(diǎn)：)2, 5 .0(1iII)2(若使若使 作正弦變化，作正弦變化，頻率為頻率為，10.5sinimmmiII

26、ItII則有則有2ssAP ssAP 要實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制，超聲波應(yīng)是高頻調(diào)幅波，則要實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制，超聲波應(yīng)是高頻調(diào)幅波，則電電- -聲換能器上驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)是高頻調(diào)幅電信號(hào)聲換能器上驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)是高頻調(diào)幅電信號(hào). . 高頻振蕩（高頻振蕩（s）激發(fā)聲光柵，產(chǎn)激發(fā)聲光柵，產(chǎn)生生布拉格衍射。布拉格衍射。 振幅調(diào)制（振幅調(diào)制（）使衍射光成為使衍射光成為調(diào)制光。調(diào)制光。 將圖像、聲音信號(hào)加載到高頻振蕩（將圖像、聲音信號(hào)加載到高頻振蕩（s）上，）上，則衍射光就攜帶了圖像、聲音信號(hào)。則衍射光就攜帶了圖像、聲音信號(hào)。三、聲光調(diào)制器的調(diào)制帶寬三、聲光調(diào)制器的調(diào)制帶寬聲波以比光波慢得多的速度在介質(zhì)中傳播。因此聲波以比光波慢

27、得多的速度在介質(zhì)中傳播。因此聲波通過寬度為聲波通過寬度為b b的光束需要較長(zhǎng)的渡越時(shí)間的光束需要較長(zhǎng)的渡越時(shí)間：sb這就對(duì)最高的調(diào)制頻率帶來限制：這就對(duì)最高的調(diào)制頻率帶來限制： 1max Kf為了提高為了提高221MnMsmaxf 1Ml選取選取 大的聲光介質(zhì)：大的聲光介質(zhì)：l用細(xì)束（用細(xì)束（b b小）激光?。┘す鈒用較高的用較高的s 聲光調(diào)制器的調(diào)制帶寬不如電光調(diào)制器聲光調(diào)制器的調(diào)制帶寬不如電光調(diào)制器, ,但它光能但它光能利用率高利用率高, ,所需要的驅(qū)動(dòng)功率小。在激光打印機(jī)、所需要的驅(qū)動(dòng)功率小。在激光打印機(jī)、激光印刷設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。激光印刷設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。7.4 7.4 磁光調(diào)制磁

28、光調(diào)制一、磁光效應(yīng)一、磁光效應(yīng)磁場(chǎng)也能使晶體產(chǎn)生光各向磁場(chǎng)也能使晶體產(chǎn)生光各向異性，稱為磁光效應(yīng)。異性，稱為磁光效應(yīng)。 1.1.法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng)光波通過磁光介質(zhì)、平行于磁場(chǎng)方向傳播，光波通過磁光介質(zhì)、平行于磁場(chǎng)方向傳播，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 磁致旋光磁致旋光KHLK:VerdetK:Verdet常數(shù)，與常數(shù)，與材料、波材料、波長(zhǎng)相關(guān)。長(zhǎng)相關(guān)。306322nU 非互易性：非互易性：磁致旋光的方向決定于磁場(chǎng)方向磁致旋光的方向決定于磁場(chǎng)方向 而與光傳播方向無關(guān)。而與光傳播方向無關(guān)。以順著磁場(chǎng)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，以順著磁場(chǎng)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)， 光矢右旋（光矢右旋（K0K

29、0），介質(zhì)為正旋體，），介質(zhì)為正旋體， 光矢左旋（光矢左旋（K0K0），介質(zhì)為負(fù)旋體。），介質(zhì)為負(fù)旋體。 非互易性的直接應(yīng)用是光隔離器。非互易性的直接應(yīng)用是光隔離器。在法拉第效應(yīng)裝置中，設(shè)計(jì)在法拉第效應(yīng)裝置中，設(shè)計(jì)N N1 1、N N2 2成成4545角，線圈角，線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)造成旋光角電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)造成旋光角4545。入射線偏振光的光矢右旋入射線偏振光的光矢右旋4545，剛好通過檢偏器，剛好通過檢偏器，光從左向右導(dǎo)通光從左向右導(dǎo)通 ；若光從檢偏器端射入，線偏若光從檢偏器端射入，線偏振光通過介質(zhì)仍然右旋振光通過介質(zhì)仍然右旋4545，光矢與，光矢與N N1 1方向垂直，方向垂直，不能通過起偏器，從右向左不導(dǎo)通。不能通過起偏器，從右向左不導(dǎo)通。 光隔離器是光通信系統(tǒng)中必不可少的器件。光隔離器是光通信系統(tǒng)中必不可少的器件。 2.2.克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)反射光的偏振方向隨磁場(chǎng)改變的現(xiàn)象反射光的偏振方向隨磁場(chǎng)改變的現(xiàn)象?？藸栃?yīng)主要應(yīng)用在光磁存儲(chǔ)中。克爾效應(yīng)主要應(yīng)用在光磁存儲(chǔ)中。光波在鐵磁材料表面反射時(shí)，光波在鐵磁材料表面反射時(shí)，鐵磁材料（如鐵磁材料（如YIGY