光輻射的調(diào)制

光輻射的調(diào)制第1頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月在光通信系統(tǒng)中，

需要把聲音、圖像、數(shù)據(jù)信息加載到光波上進(jìn)行傳輸。在光電檢測系統(tǒng)中，

使探測光為調(diào)制光，可以比非調(diào)制光具有更強(qiáng)的抗干擾能力。

調(diào)制的目的：光信息系統(tǒng)的信號加載與控制調(diào)制的內(nèi)容：是指改變光波振幅、強(qiáng)度、相位或頻率、偏振等參數(shù)，使之?dāng)y帶信息的過程。第2頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月光調(diào)制的優(yōu)點(diǎn):1.容量大2.易加載3.距離遠(yuǎn)4.易保密5.抗電磁干擾能力強(qiáng)第3頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月光調(diào)制的方法：傳統(tǒng)方法：調(diào)制盤（對光輻射強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制）；現(xiàn)代方法：利用外場的微擾引起介質(zhì)的非線性極化，從而改變介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。在外場下利用光和介質(zhì)的相互作用而實(shí)現(xiàn)對光輻射振幅頻率、相位等參數(shù)的調(diào)制。第4頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

光輻射的現(xiàn)代調(diào)制方法：按調(diào)制是在光源內(nèi)發(fā)生還是光源外進(jìn)行分：

內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制內(nèi)調(diào)制：將欲傳輸?shù)男盘栔苯蛹虞d于光源，以改變光源的輸出特性來實(shí)現(xiàn)調(diào)制；只適用于一些特定的光源，如LD和LED的直接調(diào)制

例：對半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電源用調(diào)制信號直接控制，實(shí)現(xiàn)對所發(fā)射激光強(qiáng)度的調(diào)制；又如：把調(diào)制元件放在諧振腔內(nèi)，用欲傳輸?shù)男盘柨刂普{(diào)制元件物理性質(zhì)的變化而改變光腔參數(shù)，從而調(diào)制激光輸出。第5頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月外調(diào)制：將光源與調(diào)制器分開設(shè)立，在光源外的光路上放置調(diào)制器，將欲傳輸?shù)男盘柤虞d于調(diào)制器，透過光的物理性質(zhì)將發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)制。電光調(diào)制聲光調(diào)制磁光調(diào)制熱光效應(yīng)外調(diào)制技術(shù)適用于所有光源。第6頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月常用方法:機(jī)電振子、旋轉(zhuǎn)調(diào)光盤等2.1機(jī)械調(diào)制——簡單易行

調(diào)制原理：用遮光或改變透過率方式作光通量的幅度調(diào)制。應(yīng)用：常用于光電探測中需要抗干擾的場合NMNMN

缺點(diǎn)：難進(jìn)行高頻調(diào)制、體積較大等第7頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1機(jī)械調(diào)制利用斬波器通斷光通量，使探測光成為調(diào)制光。調(diào)制光并配上合適的有源帶通濾波器，以克服雜散光的干擾。斬波器有源帶通濾波器第8頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月探測器輸出的光電流設(shè)計有源帶通濾波器，f0為方波頻率。通頻帶△f窄，雜散光被濾去。第9頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)；能對輻射的任何光譜成分進(jìn)行調(diào)制。缺點(diǎn)：有運(yùn)動部分，壽命較短，體積較大，調(diào)制頻率不高。一些機(jī)械調(diào)制裝置第10頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2電光調(diào)制在強(qiáng)電場作用下介質(zhì)折射率改變而產(chǎn)生的光調(diào)制。適用于單色光源。一、物理基礎(chǔ)：電光效應(yīng)

線性電光效應(yīng)（Pockels，1893年）二次電光效應(yīng)（Kerr，1875年）介質(zhì)原本是單軸晶體。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)。第11頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體的結(jié)構(gòu)特征空間點(diǎn)陣：晶體是由原子、分子或離子在空間按照一定的規(guī)則周期性排列形成的一種晶態(tài)固體。結(jié)點(diǎn)：晶體中的微粒叫基元，又叫結(jié)點(diǎn)。點(diǎn)陣：全部結(jié)點(diǎn)的總稱叫點(diǎn)陣。晶格：格子狀結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣就叫晶格。格點(diǎn)：=結(jié)點(diǎn)晶胞：周期重復(fù)的最小基本（結(jié)構(gòu)）單位晶胞常量第12頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月布喇菲點(diǎn)陣：根據(jù)空間對稱性，可以有14種點(diǎn)陣，稱布喇菲點(diǎn)陣，或稱14種晶胞14種晶胞共分7個晶系：三斜、單斜、正交（斜方）、正方（四角）、立方、三角、六角布喇菲點(diǎn)陣第13頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月三角六角三斜立方正交（斜方）正方單斜第14頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體的基本性質(zhì)1.自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體的能力。2.晶面角守恒：指同一品種的晶體，兩個對應(yīng)的晶棱間的夾角恒定不變。3.均勻性：晶體在不同的位置上具有相同的物理性質(zhì)。4.最小內(nèi)能性：長程有序性5.各向異性：晶體的宏觀性質(zhì)隨觀察方向的不同而不同。典型體現(xiàn)：晶體的解理、雙折射。6.對稱性第15頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月光在晶體中的傳播特性光在晶體中的傳播實(shí)際是光與晶體相互作用的結(jié)果：介質(zhì)受到光波電場E作用后產(chǎn)生極化,極化強(qiáng)度用極化強(qiáng)度矢量P來表示,P與E之間的關(guān)系用宏觀物理量——極化率χ來描述光輻射場對晶體的極化影響綜合效果集中表現(xiàn)為介電常量ε的變化，從而引起折射率變化：第16頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

通常材料的介電常量與外電場無關(guān)，但當(dāng)外加電場較強(qiáng)時，介電常量便有微小的變化，從而引起折射率變化：、為常量線性電光效應(yīng)，或Pockels效應(yīng)（KDP、LiNbO3）二次電光效應(yīng)，或Kerr效應(yīng)（BaTiO3、硝基苯液體）、k由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定，取決于晶體本身的結(jié)構(gòu)和對稱性。現(xiàn)在討論線性電光效應(yīng)

第17頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

在晶體的介電坐標(biāo)系中，無外加電場時，描述晶體光學(xué)性質(zhì)的折射率橢球方程為

其中下標(biāo)1，2，3分別表示坐標(biāo)x、y、z。

當(dāng)晶體施加任意電場時，晶體的折射率發(fā)生變化，可以把電場對晶體的這種作用歸結(jié)為折射率橢球系數(shù)的改變。因此，當(dāng)有電場存在時，折射率橢球在介電主軸座標(biāo)系中的方程為其中是對稱二階張量

x1x20n2n1n3對于任一特定的晶體，折射率橢球由其光學(xué)性質(zhì)（主介電常數(shù)或主折射率）唯一地確定。第18頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月采用下標(biāo)簡化形式以表示，則的下標(biāo)為

11，22，33，23(32)，31(13)，12(21)

1,2,3,4,5,6有6個獨(dú)立的分量。無電場時，，于是第19頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月施加電場時，折射率橢球系數(shù)的改變量與外加電場成正比，即

其中稱為電光系數(shù)張量，共有18個元素，可表示為6

3的矩陣。

第20頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于電光晶體的對稱性使電光系數(shù)減少，具有對稱中心的晶體，其電光系數(shù)都為零，故這種晶體不產(chǎn)生線性電光效應(yīng)；在沒有對稱中心的21個點(diǎn)群中，有20個點(diǎn)群具有線性電光系數(shù)。常用的電光晶體的電光系數(shù)值，可查閱有關(guān)書籍和技術(shù)手冊，當(dāng)掌握了電光系數(shù)后，可由上式解出對電場的依賴關(guān)系，最后代入折射率橢球方程式。

第21頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體的雙折射定義:是指光在各向異性介電晶體中傳播時,分為兩束偏振方向不同的光,向兩個方向折射通常情況下,o光與e光的傳播方向不同各向同性介質(zhì)雙折射現(xiàn)象外加強(qiáng)電場單色自然光晶體的截面O光e光第22頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月電光效應(yīng)定義:當(dāng)足夠強(qiáng)的外電場影響到晶體中的原子、分子的排列以及它們之間的相互作用,這種內(nèi)部的,微觀的變化就導(dǎo)致晶體在宏觀上表現(xiàn)出極化強(qiáng)度及折射率也各向異性地發(fā)生變化，由于極化而出現(xiàn)光學(xué)特性（各向異性）的改變，影響到光波在介質(zhì)中的傳播特性。電光效應(yīng)實(shí)質(zhì)：在光波電場與外電場的共同作用下，使介質(zhì)出現(xiàn)非線性的極化過程。第23頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月KDP晶體的線性電光效應(yīng)常用的電光晶體是一些各向異性的光學(xué)晶體，如磷酸二氫鉀，磷酸二氘鉀，磷酸二氫氨，鈮酸鋰(記為)等。以下結(jié)合加以說明。晶體是人工生長的KH2PO4單晶的簡稱，為單軸晶體，屬立方晶系的點(diǎn)群。有，。光軸:晶體中有一個方向，光沿這個方向傳播不發(fā)生雙折射，這個方向叫做光軸。Zxy第24頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月1.的縱向電光效應(yīng)KDP負(fù)單軸晶體

強(qiáng)電場E//Z軸,KDP由單軸晶體變?yōu)殡p軸晶體；線偏振光沿Z軸入射，分解成X、Y方向上振幅相同、但傳播速度不同的兩個線偏振光。光傳播方向與電場方向一致起偏器第25頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

KDP晶體沿z軸加電場時，由單軸晶體變成了雙軸晶體，折射率橢球的主軸繞z軸逆時針旋轉(zhuǎn)了450角，此轉(zhuǎn)角與外加電場的大小無關(guān)。第26頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月在新的感應(yīng)折射率主軸座標(biāo)系下，折射率橢球方程變?yōu)檠毓廨S加電場后，xoy截面由圓變?yōu)闄E圓三個感應(yīng)主軸的折射率分別為x’y’xy沿x’方向偏振的傳播速度加大，x’叫快軸；沿y’方向偏振的傳播速度減小，y’

叫慢軸。式中，no為KDP晶體o光折射率，為電光系數(shù)。∵相速度第27頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月X、Y方向兩偏振光射出晶體時有光程差:則相位差為：半波電壓:

造成光程差電光相位延遲：在X、Y兩個方向的傳播速度如果不同,則在傳播過程中會產(chǎn)生相位延遲的現(xiàn)象，即產(chǎn)生相位差。第28頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月2.的橫向電光效應(yīng)光傳播方向與電場方向垂直對KDP晶體采用45°-Z切。強(qiáng)電場E//Z軸,KDP變?yōu)殡p軸晶體。入射光沿X軸方向進(jìn)入晶體，其偏振方向與Z、Y成45°，在晶體中分解為Z、Y方向兩個振幅相同的線偏振光。第29頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月與Z軸對應(yīng)的主折射率：與Y軸對應(yīng)的主折射率：

式中ne是晶體e光折射率，E=U/d，U為外加電壓。兩個線偏振光射出晶體時有光程差：則相位差為：橫向電光效應(yīng)包含了自然雙折射造成的相位差，易受溫度影響。采用組合調(diào)制器進(jìn)行補(bǔ)償。自然雙折射造成的相位差電光效應(yīng)引起的相位差第30頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月消除自然雙折射橫向電光效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：適當(dāng)?shù)卦黾覮/d，就可以增強(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，不影響光的傳播；在外加電壓U一定時，加長晶體通光長度并不影響晶體內(nèi)的電場強(qiáng)度，因而可以加長晶體長度獲得較大的相位延遲。半波電壓為:通常，縱向是數(shù)千伏，橫向只是數(shù)百伏。第31頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電光晶體材料

用于線性電光效應(yīng)的電光晶體，除要求電光效應(yīng)強(qiáng)以外，還需綜合考慮：對使用的波段要有較高的透過率；光學(xué)均勻性好、耐壓高；對光波和調(diào)制波的損耗??；折射率隨溫度的變化較??；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易于獲得大尺寸晶體等。

、在可見和近紅外區(qū)主要有KDP類晶體、LiTaO3、LiNbO3、KTN等。在中紅外區(qū)有GaAs、Cucl、CdTe等。KDP類晶體、LiNbO3（LN）晶體應(yīng)用廣泛。見表2.1第32頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電光強(qiáng)度（或振幅）調(diào)制在Pockels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δ。在晶體的光輸出端后置檢偏器P2，使N2⊥N1。透過檢偏器P2的光強(qiáng)I2便受到電信號的調(diào)制。橫向電光調(diào)制裝置第33頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月縱向電光強(qiáng)度調(diào)制裝置第34頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月入射光P1IixyzxyP2Io調(diào)制光~VL起偏器/4波片檢偏器縱向電光強(qiáng)度調(diào)制下面詳細(xì)分析縱向電光調(diào)制：電光晶體(KDP)置于兩個成正交的偏振器之間，其中起偏器P1的偏振方向平行于電光晶體的x軸，檢偏器P2的偏振方向平行于y軸，當(dāng)沿晶體z軸方向加電場后，它們將旋轉(zhuǎn)45o變?yōu)楦袘?yīng)主軸x’,y’。因此，沿z軸入射的光束經(jīng)起偏器變?yōu)槠叫杏趚軸的線偏振光，進(jìn)入晶體后(z=0)被分解為沿x’和y’方向的兩個分量，兩個振幅(等于入射光振幅的1/）和相位都相等．分別為：第35頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月或采用復(fù)數(shù)表示，即由于光強(qiáng)正比于電場的平方，因此，入射光強(qiáng)度為當(dāng)光通過長度為L的晶體后，由于電光效應(yīng)，E

x’和E

y’二分量間就產(chǎn)生了一個相位差，則(1)第36頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月yY’xX’45o45o(2)與之相應(yīng)的輸出光強(qiáng)為：

注意公式：(3)將出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)相比[(1)公式/(2)公式]得透過率為：第37頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月其中為檢偏器的最大輸出光強(qiáng)。顯然，檢偏器的輸出光強(qiáng)是電壓V的函數(shù)。當(dāng)時，，出現(xiàn)消光現(xiàn)象。

時，光強(qiáng)有最大值

可見出射光強(qiáng)隨外加電壓而變，如果把信號加在晶體上，輸出光強(qiáng)就隨信號而變，就為信號所調(diào)制。第38頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)上述關(guān)系可以畫出光強(qiáng)調(diào)制特性曲線。在一般情況下，調(diào)制器的輸出特性與外加電壓的關(guān)系是非線性的。50100透過率(%)0透射光強(qiáng)時間電壓調(diào)制電壓VV/2電調(diào)制特性曲線若調(diào)制器工作在非線性部分,則調(diào)制光將發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，可以通過引入一個固定的/2相位延遲，使調(diào)制器的電壓偏置在T＝50％的工作點(diǎn)上。常用的辦法有兩種：第39頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月其一，除了施加信號電壓之外，再附加一個Vλ/4的固定偏壓，但會增加電路的復(fù)雜性，且工作點(diǎn)的穩(wěn)定性也差。其二，在光路上插入一個1／4波片(3.2-5圖)其快慢軸與晶體主軸x成45o角，使Ex’和Ey’二分量間產(chǎn)生/2的固定相位差。(3.2-30)式中的總相位差△m=Vm/V（相當(dāng)于3.2-30式中的△）是相應(yīng)于外加調(diào)制信號vm的相位延遲。其中Vmsinωmt是外加調(diào)制信號電壓。第40頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，調(diào)制的透過率可表示為利用貝塞爾函數(shù)恒等式將上式展開，得由此可見，輸出的調(diào)制光中含有高次詣波分量，使調(diào)制光發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，必須將高次第41頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月諧波控制在允許的范圍內(nèi)。設(shè)基頻波和高次諧波的幅值分別為I1和I2n+1,則高次諧波與基頻波成分的比值為若取＝1rad，則J1(1)=0.44,J3(1)=0.02,所以I3/I1=0.045，即三次諧波為基波的4.5%。在這個范圍內(nèi)可以獲得近似線性調(diào)制，因而取作為線性調(diào)制的判據(jù)。此時代入（3.2-32)式得第42頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

sin(△msinωmt)的△m若遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，則:為了獲得線性調(diào)制，要求調(diào)制信號不宜過大(小信號調(diào)制)，那么輸出的光強(qiáng)調(diào)制波就是調(diào)制信號V=Vmsinωmt的線性復(fù)現(xiàn)。如果△m<<1rad的條件不能滿足(大信號調(diào)制)，則光強(qiáng)調(diào)制波就要發(fā)生畸變。縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是半波電壓太高，特別在調(diào)制頻率較高時，功率損耗比較大。第43頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月下面詳細(xì)分析橫向電光調(diào)制：入射光(光強(qiáng)I1）進(jìn)入晶體，其振幅A1分解成Az、Ay：兩線偏振光到達(dá)檢偏器，能透過P2的光振幅：這兩個線偏振光射出晶體，有固定相位差：第44頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月二者有固定相位差π+δ，則通過檢偏器P2的光強(qiáng)：式中，

I輸出V輸入問題：由于調(diào)制器的工作點(diǎn)在透射曲線的非線性區(qū)，故輸出光信號失真，光信號的頻率為調(diào)制信號的兩倍。解決辦法：為了獲得線性調(diào)制，可引入一個固定的/2相位延遲，常在調(diào)制器的光路中插入一個/4波片。第45頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月為使工作點(diǎn)選在曲線中點(diǎn)處，通常在調(diào)制晶體上外加直流偏壓來完成。（插入1/4波片）

I/I0-V曲線第46頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月選取工作點(diǎn)：若要得到光強(qiáng)隨時間正弦變化的調(diào)制光,可使調(diào)制電壓為：則有：式中，可在光路中插入波晶片，取代

則只需在晶體上加調(diào)制電壓就可得到正弦調(diào)制光強(qiáng)。

第47頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月的關(guān)系曲線

第48頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)度調(diào)制器小結(jié)：入射光分解為感應(yīng)主軸方向的兩個傳播模；找出相位延遲和外加電壓（電場）的關(guān)系；加入檢偏器得到輸出光強(qiáng)隨外加電壓變化，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制；加入1/4波片提供固定“偏置”，以得到線性調(diào)制。第49頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn):縱向:結(jié)構(gòu)較簡單,工作穩(wěn)定,不會受到自然雙折射的影響橫向:可通過調(diào)節(jié)d/l使半波電壓降低到約幾百伏缺點(diǎn)：縱向：半波電壓太高，調(diào)制頻率較大時會產(chǎn)生較大的功率損耗橫向：存在由自然雙折射引起的相位延遲，且隨溫度的變化而漂移，導(dǎo)致調(diào)制器不能正常工作第50頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月是聲音、圖像、數(shù)據(jù)電信號，

若則有泡克爾斯（Pockels）電光調(diào)制器線性好，性能穩(wěn)定，可得到很高的調(diào)制頻率。

三、電光相位調(diào)制在電光效應(yīng)裝置圖2.6、圖2.7中，若使起偏器透光方向N1與雙軸晶體的其中一個光軸平行，則僅是一個線偏振光通過晶體，其位相被電信號調(diào)制。

第51頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月在右圖中，若

Y偏振光的折射率，

在晶體入射面處光場為

則光通過晶體后的光場：第52頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月式中，略去常數(shù)相位因子：則可見，該光波的位相因子受電壓U影響。設(shè)U為正弦調(diào)制電壓

令則有：

可見，該輸出光波的位相受到電信號的調(diào)制。第53頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月四、電光調(diào)制的頻率特性

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。影響調(diào)制頻率和調(diào)制帶寬的主要因素為：

1.光在晶體中的傳輸時間前面對電光調(diào)制的分析，均認(rèn)為調(diào)制信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光波頻率(也就是調(diào)制信號波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長)，并且遠(yuǎn)大于晶體的長度L，因而在光波通過晶體L的渡越時間內(nèi)，調(diào)制信號電場在晶體各處的分布是均勻的，則光波在各部位所獲得的相位延遲也都相同，即光波在任一時刻不會受到不同強(qiáng)度或反向的調(diào)制電場的作用。在這種情況下，裝有電極的調(diào)制晶體可以等效為一個電容．即可以看成是電路中的一個集總元件，通常稱為集總參量調(diào)制器。集總參量調(diào)制器的頻率特性主要受外電路參數(shù)的影響。第54頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月但當(dāng)調(diào)制頻率很高時，在的時間內(nèi)，外電場會發(fā)生可觀的變化。光通過晶體的不同部位時，其相位延遲不同，這就限制了調(diào)制頻率。第55頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)制波與光波以相同速度在晶體中傳播，調(diào)制頻率可達(dá)幾個。為了適應(yīng)高頻率寬頻帶調(diào)制信號的要求，采用行波調(diào)制器。調(diào)制帶寬僅在ω0附近的有限頻帶內(nèi)。

2.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：第56頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月五、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。光波導(dǎo)寬度d極窄，遠(yuǎn)小于長度L。采用橫向電光調(diào)制，半波電壓可為幾伏。調(diào)制頻率可達(dá)100GHz。相位調(diào)制器第57頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月M-Z干涉型強(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很好的應(yīng)用價值

研究動向：用聚合物來形成各向異性材料。

第58頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3聲光調(diào)制利用超聲波引起介質(zhì)折射率變化而產(chǎn)生的光調(diào)制。一、聲光效應(yīng)適用于單色光源驅(qū)動電源電-聲換能器聲光介質(zhì)

形成聲光柵，柵距

第59頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月聲光效應(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、方向等都隨超聲場變化。這就是聲光效應(yīng)。拉曼-奈斯衍射

布拉格衍射只有零級、1級衍射光產(chǎn)生多級衍射光第60頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

拉曼-納斯衍射產(chǎn)生拉曼-納斯衍射的條件：當(dāng)超聲波頻率較低，光波平行于聲波面入射，聲光互作用長度L較短時，在光波通過介質(zhì)的時間內(nèi)，折射率的變化可以忽略不計，則聲光介質(zhì)可近似看作為相對靜止的“平面相位柵”。拉曼-納斯衍射的特點(diǎn)：由出射波陣面上各子波源發(fā)出的次波將發(fā)生相干作用，形成與入射方向?qū)ΨQ分布的多級衍射光。第61頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月各級衍射的方位角為（最大值的位置）：各級衍射光的強(qiáng)度為：第62頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月衍射效率為：附加相位延遲因子附加相位延遲因子第63頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月布喇格衍射產(chǎn)生布喇格衍射條件：聲波頻率較高，聲光作用長度L較大，光束與聲波波面間以一定的角度斜入射，介質(zhì)具有“體光柵”的性質(zhì)。布喇格衍射的特點(diǎn)：衍射光各高級次衍射光將互相抵消，只出現(xiàn)0級和+1級（或1級）衍射光。第64頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月布拉格衍射條件：零級、1級衍射光強(qiáng)：式中，為聲光效應(yīng)產(chǎn)生的附加相移：有應(yīng)用價值的是一級衍射光

第65頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月式中，為聲光介質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)。

應(yīng)選擇大的材料，常用聲光介質(zhì)見表2.2。第66頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月衍射效率為：M2為聲光材料的品質(zhì)因數(shù)，Ps超聲功率；H為換能器的寬度，L為換能器的長度。同樣的改變超聲功率，也可以達(dá)到改變一級衍射光的強(qiáng)度。附加相位延遲因子第67頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月聲光調(diào)制(Acousto-opticalModulate)一.聲光調(diào)制器的工作原理

聲光調(diào)制是利用聲光效應(yīng)將信息加載于光頻載波上的一種物理過程。調(diào)制信號是以電信號(調(diào)輻)形式作用于電-聲換能器上，電-聲換能器將相應(yīng)的電信號轉(zhuǎn)化為變化的超聲場，當(dāng)光波通過聲光介質(zhì)時，由于聲光作用，使光載波受到調(diào)制而成為“攜帶”信息的強(qiáng)度調(diào)制波。

第68頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月聲光調(diào)制器結(jié)構(gòu)吸聲裝置LaserinLaserout聲光體調(diào)制器是由聲光介質(zhì)、電—聲換能器、吸聲(或反射)裝置及驅(qū)動電源等所組成。(1)聲光介質(zhì)，聲光介質(zhì)是聲光互作用的場所。當(dāng)一束光通過變化的超聲場時，由于光和超聲場的互作用，其出射光就具有隨時間而變化的各級衍射光，利用衍射光的強(qiáng)度隨超聲波強(qiáng)度的變化而變化的性質(zhì)，就可以制成光強(qiáng)度調(diào)制器。(2)電—聲換能器(又稱超聲發(fā)生器)(3)吸聲(或反射)裝置(放置在超聲源的對面)。(4)驅(qū)動電源它用以產(chǎn)生調(diào)制電信號施加于電—聲換能器的兩端電極上，驅(qū)動聲光調(diào)制器(換能器)工作。第69頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月聲光調(diào)制是利用聲光效應(yīng)將信息加載于光頻載波上的一種物理過程。調(diào)制信號是以電信號(調(diào)輻)形式作用于電聲換能器上而轉(zhuǎn)化為以電信號形式變化的超聲場，當(dāng)光波通過聲光介質(zhì)時，由于聲光作用，使光載波受到調(diào)制而成為“攜帶”信息的強(qiáng)度調(diào)制波。由前面分析可知，無論是拉曼—納斯衍射，還是布拉格衍射，其衍射效率均與附加相位延遲因子Γ＝2πΔnL／λ有關(guān)，而其中聲致折射率差Δn正比于彈性應(yīng)變幅值S，而S∝聲功率Ps，故當(dāng)聲波場受到信號的調(diào)制使聲波振幅隨之變化，則衍射光強(qiáng)也將隨之做相應(yīng)的變化。第70頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)、拉曼-納斯型聲光調(diào)制器調(diào)制器的工作原理如圖1(a)所示，工作聲源頻率低于10MHz。只限于低頻工作，帶寬較小。入射光

衍射光

調(diào)制信號圖1拉曼-納斯型聲光調(diào)制器第71頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月對于拉曼—納斯型衍射，工作聲頻率低于10MHz，圖(a)示出了這種調(diào)制器的工作原理，其各級衍射光強(qiáng)比例于。若取某一級衍射光作為輸出，可利用光欄將其他級的衍射光遮擋，則從光欄孔出射的光束就是一個隨ν變化的調(diào)制光。由于拉曼—納斯型衍射效率低，光能利用率也低，根據(jù)前面判據(jù)式所確定的相互作用長度L??；當(dāng)工作頻率較高時，最大允許長度太小，要求的聲功率很高，因此拉曼—納斯型聲光調(diào)制器只限于低頻工作，只具有有限的帶寬。第72頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)、布喇格型聲光調(diào)制器布喇格型聲光調(diào)制器工作原理如圖2所示。衍射光調(diào)制信號入射光圖2聲光調(diào)制器布喇格型第73頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月的關(guān)系曲線選取工作點(diǎn)：若使作正弦變化，頻率為ω，則有第74頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月布拉格聲光調(diào)制特性曲線與電光強(qiáng)度調(diào)制相似。由圖可以看出：衍射效率η與超聲功率Ps只是非線性調(diào)制曲線形式，為了使調(diào)制不發(fā)生畸變，則需加超聲偏置（類似于電光調(diào)制中的偏壓Vλ/4=Vπ/2），使其工作在線性較好的區(qū)域。對于布拉格型衍射，其衍射效率由前面的式給出。在聲功率Ps(或聲強(qiáng)Is)較小的情況下，衍射效率s隨聲強(qiáng)度Is單調(diào)地增加(呈線性關(guān)系)；