《光辐射的调制》-公开课件（精选）.ppt

第二章 光辐射的调制 2.1 机械调制 2.2 电光调制 2.3 声光调制 2.4 磁光调制 光调制的优点: 1.容量大 2.易加载 3.距离远 4.易保密 5.抗电磁干扰能力强 2.1 机械调制 2.2 电光调制 在强电场作用下介质折射率改变而产生的光调制。适用于单色光源。 晶体的结构特征 空间点阵：晶体是由原子、分子或离子在空间按照一定的规则周期性排列形成的一种晶态固体。 结点：晶体中的微粒叫基元，又叫结点。 点阵：全部结点的总称叫点阵。 晶格：格子状结构的点阵就叫晶格。 格点：=结点 晶胞：周期重复的最小基本（结构）单位 晶胞常量 晶体的基本性质 光在晶体中的传播特性 光在晶体中的传播实际是光与晶体相互作用的结果： 介质受到光波电场E作用后产生极化, 极化强度用极化强度矢量P来表示, P与E之间的关系用宏观物理量——极化率χ来描述 光辐射场对晶体的极化影响综合效果集中表现为介电常量ε的变化，从而引起折射率变化： 晶体的双折射 电光效应 定义: 当足够强的外电场影响到晶体中的原子、分子的排列以及它们之间的相互作用, 这种内部的,微观的变化就导致晶体在宏观上表现出极化强度及折射率也各向异性地发生变化，由于极化而出现光学特性（各向异性）的改变，影响到光波在介质中的传播特性。 电光效应实质：在光波电场与外电场的共同作用下，使介质出现非线性的极化过程。 KDP晶体的线性电光效应 2.3 声光调制 利用超声波引起介质折射率变化而产生的光调制。 布拉格声光调制特性曲线与电光强度调制相似。由图可以看出：衍射效率η与超声功率Ps只是非线性调制曲线形式，为了使调制不发生畸变，则需加超声偏置（类似于电光调制中的偏压Vλ /4 =Vπ/2 ），使其工作在线性较好的区域。 2.4 磁光调制 一、磁光效应 拉曼-纳斯衍射 产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。 拉曼-纳斯衍射的特点 ：由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光。 各级衍射的方位角为（最大值的位置） ： 各级衍射光的强度为： 衍射效率为： 附加相位延迟因子 附加相位延迟因子 布喇格衍射 产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，介质具有“体光栅”的性质。 布喇格衍射的特点：衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或?1级）衍射光 。 布拉格衍射条件： 零级、1级衍射光强： 式中，为声光效应产生的附加相移： 有应用价值的是一级衍射光 式中， 为声光介质的品质因数。 应选择 大的材料，常用声光介质见表2.2。 衍射效率为： M2为声光材料的品质因数，Ps超声功率；H为换能器的宽度，L为换能器的长度。同样的改变超声功率，也可以达到改变一级衍射光的强度。 附加相位延迟因子 声光调制(Acousto-optical Modulate) 一. 声光调制器的工作原理 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。 调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电-声换能器上，电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。 声光调制器结构 吸声装置 Laser in Laser out 声光体调制器是由声光介质、电—声换能器、吸声(或反射)装置及驱动电源等所组成。 (1)声光介质，声光介质是声光互作用的场所。当一束光通过变化的超声场时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，利用衍射光的强度随超声波强度的变化而变化的性质，就可以制成光强度调制器。 (2)电—声换能器(又称超声发生器) (3)吸声(或反射)装置(放置在超声源的对面)。 (4)驱动电源 它用以产生调制电信号施加于电—声换能器的两端电极上，驱动声光调制器(换能器)工作。 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。 由前面分析可知，无论是拉曼—纳斯衍射，还是布拉格衍射，其衍射效率均与附加相位延迟因子Γ＝2πΔnL／λ有关，而其中声致折射率差Δn正比于弹性应变幅值S，而S∝声功率Ps，故当声波场受到信号的调制使声波振幅随之变化，则衍射光强也将随之做相应