《激光调制技术》PPT课件

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1、1《激光原理与技术》激光技术部分第六章激光调制技术CH.6LaserModulationTech.激光技术课程特点激光技术主要讲授可以改善和提高激光性能的激光单元技术，主要内容包括：激光调制技术调Q技术将激光输出的脉冲宽度压缩至ns量级。锁模技术将激光输出的脉冲宽度压缩至PS,FS量级。激光倍频技术改变激光器波长，实现短波长输出。激光技术涉及多学科的理论知识，但从基本原理来看，大多是利用光和物质相互作用所产生的物理效应（主要有电光效应，声光效应，非线性光学效应等）和采用不同的运用形式来控制激光某参量（能量，功率，脉宽，偏振，模式，线宽等）而实现的。§6.1调制的基本

2、概念1.光调制的意义所谓“调制”，是按照人类应用的需求（以信息的形式出现）对光波进行“调节”与“控制”，从而将信息加载到光波上去。为什么要用光波作为信息载体？转播速度快信息容量大可以用光学系统进行变换,光盘存储可以在透明介质中传输（光纤、水……）可以不用介质传输（真空、太空……）可独立传播，互不干扰。加载了信号的光波以群速度传播。§6.1调制的基本概念2.调制的基本形式按着调制器件和激光器的关系，调制可以分为内调制和外调制。内调制：以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光器的输出特性。改变激光器的泵浦强度改变激光器的腔内损耗外调制：在激光器外的光路上放置调制器

3、，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，会使光波的某个参量发生变化。§6.1调制的基本概念3.调制的基本方式单色平面波的表达式为，其中为振幅，为角频率，为初始位相。通过改变激光载波的特征参量，可以对激光载波进行调制。调幅→振幅调制：使载波的振幅随调制信号的变化而变化。调频→频率调制：使载波的频率随调制信号的变化而变化。调相→相位调制：使载波的相位随调制信号的变化而变化。强度调制：使载波的光强随调制信号的变化而变化。§6.1调制的基本概念(1)振幅调制(AM)为调制深度，即调幅系数。调制波形为以信号波为上下对称包络的波形。频域分布§6.1调制的基本概念(

4、2)频率，相位调制频率随调制信号变化(FM,PM)初始位相随调制信号变化频率调制和相位调制可以写成统一的形式§6.1调制的基本概念角度调制频率调制和相位调制可统称为角度调制调制波表达式为(Bessel函数)频域分布为§6.1调制的基本概念(3).强度调制光载波的强度与调制信号成正比，即采用强度调制是因为一般探测器无法直接撤出电场的变化，只能采用平方律探测器，探测光载波的光强变化。在实际运用中，大多数是采用振幅、频率、相位调制达到强度调制的效果。(4).脉冲调制(PIM,PWM,PFM,PPM)(5).空间调制光的传播方向K发生改变,例如衍射.§6.1调制的基本概念4

5、.调制的基本方法激光属于振荡频率在1013~1015Hz的相干电磁波，比无线电波（104~108Hz），微波（109~1011Hz）的频率高几个数量级，一般的电容电感振荡电路、晶体管振荡电路或者磁控管等调制方法已经无法直接对激光进行调制。对激光进行调制，必须考虑光与物质相互作用中，介质中电偶极子振荡机制，利用介质极化率实部（折射率）的变化，对激光进行调制。根据不同的光与物质相互作用类型，可以表现为电场、声场、磁场对光的控制作用，相对应为电光调制、声光调制和磁光调制。§6.2电光调制1.电光效应某些晶体受到外加电场作用，其折射率发生改变，当光通过此介质时，其传输特性发

6、生改变，这种现象称为电光效应。介质的折射率成为外电场的函数，即或代表Pockel效应，是线性电光效应，只存在于非中心对称介质中（非气体、液体，玻璃等），代表Kerr效应，是二次电光效应，存在于所有介质中。一般说来，电光效应的张量形式§6.2电光调制(1)折射率椭球(D,n)对于任意方向入射的光波波矢K，通过坐标原点O做以K为法线的平面Σ，Σ与椭球面相交，交线为一椭圆，该椭圆的两个主轴的方向就是两个相互正交的D1和D2，两个主半轴的长度对应的折射率是n1和n2。“主轴”的意义椭球（圆）方程没有交叉项，称为“主轴化”。K∥主轴→入射光的偏振态沿主轴分解为主轴分量，出射光

7、的偏振态按主轴分量的相位差相干合成。折射率椭球的一般形式§6.2电光调制折射率椭球的矩阵表示形式主轴化以后折射率椭球的矩阵表示形式§6.2电光调制(2)Pockel效应电致折射率变化体现为折射率椭球的形变，即主轴的方向与长度发生变化，如果以公式表示可以写成则椭球方程变为任意方向的外加电场为不同的介质有相应的，为6X3矩阵。§6.2电光调制KDP晶体的Pockel效应KDP晶体为负单轴晶体，四方晶系，nx=ny=no，nz=ne。KDP晶体的电光系数矩阵=外加电场为代入公式1.1中，可以得到由上式可以看出，施加外电场后，KDP晶体的折射率椭球方程中出现了交叉项，说