(光存储原理与应用)第三章光扫描与光调制技术ppt课件.ppt

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1、第三章光扫描与光调制技术一、光扫描技术一种是光的偏转角连续变化的模拟式扫描，它能描述光束的连续位移；另一种是不连续的数字扫描，它是在选定空间的某些特定位置上使光束的空间位置“跳变”。前者主要用于各种显示，后者则主要用于光存储。思考你学过的专业知识里，如何构造可用于光扫描的技术方案？旋转多面镜反射镜鼓是由n个矩形面镜组成的棱柱，它绕棱柱轴转动。摆镜摆动时镜面只能转动不发生位移；转鼓转时，镜面除转动外还有位移。若入射光束宽度为定值，则当镜鼓转动时因镜面唯一可能会使扫描区边缘部分的入射光束不能全部进入视场而产生渐晕现象。机械式扫描思考：能否利用电光效应实现光扫描？2.电光扫描电光偏转

2、：利用泡克耳斯效应，通过施加在电光晶体上的电场来改变晶体的折射率。偏转角：假设置于空气中的棱镜n０，激光入射角为，则由折射定律可以得到在电光晶体上施加电场后，晶体折射率的改变量为n。由于泡克耳斯效应引起的折射率变化n极小(10-4量级)，所以出射光偏转角的相应改变量为因此出射光偏转角的改变量与折射率变化成线性关系！从而可以利用外加电压控制光线的前进方向思考，如何在不改变入射光角度下实现扫描？电光扫描实际的电光晶体偏转器是由两个晶体棱镜(如KDP棱镜)所组成。外加电场沿图示z轴方向，但对两个晶体外加电场符号正好相反，此时光的折射率为光经过双电光棱镜总折射率变化总角

3、度变化思考：该方案优缺点如何？怎样增大扫描范围？例如：取L=d=h=1cm，r63=10.510-12m／V，no=1.51，V=1000V。为了使偏转角加大，而电压又不致太高，因此常将若干个KDP棱镜在光路上串联起来，构成长为mL、宽为d、高为h的偏转器，如下图所示。则得=3510-7rad。可见电光偏转角是很小的，很难达到实用的要求。电光扫描一个电光偏转器所能获得的偏转角很小,很难满足实际应用的要求例如:时,为增加偏转角，而外加电压又不太高，常将若干个KDP棱镜串接下图的结构。其中的棱镜2、3、……11、12均为等腰直角棱镜，可以把其中每个棱镜等效地看成由两个光楔拼合

4、而成。思考：串联的数目受什么因素限制？思考：如何将电光扫描用于光存储系统？思考：如何实现电光数字式扫描？电光数字式扫描x'y'450y电光数字式扫描由电光晶体和双折射晶体组合而成，其结构原理如图所示。图中S为KDP晶体，B为方解石双折射晶体（分离棱镜），它能使线偏振光分成互相平行、振动方垂直的两束光，其间隔b为分裂度，为分裂角（也称离散角）。S上加半波电压则光线在紫色位置，不加电压则在红色位置，实现从红色到紫色的跳变式扫描光轴思考：从该原理出发，如何构造一个八位数字式电光扫描器？000、001、010…若把n个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n级数字式扫描。图6所示为一个三

5、级数字式扫描器，使入射光分离为23个扫描点的情况。要使可扫描的位置分布在二维方向上，只要用两个彼此垂直的n级扫描器组合起来就可以实现。这样就可以得到2n2n个二维可控扫描位置。思考：这8路扫描输出，分别对应什么二进制电信号？110011101思考：类比电光扫描系统，能否利用声光效应构造一个光扫描系统？3.声光扫描声光效应:由于声波是纵波又是疏密波，因此声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）周期性的变化，可将此声波视为一种条纹光栅，光栅的栅距等于声波的波长，当光波入射于声光栅时，发生光的衍射。驻波的振幅按照正弦规律变化，所以介质的折射率以空间周期s在空间呈正弦变化。图所

6、示为一块均匀的透明介质如熔融石英，其一端为超声发生器(作正弦振动)。只有满足布拉格条件的入射光对应的衍射光才最强图超声波在透明介质中的传播声光扫描如图所示，当光线在满足布拉格条件的衍射角入射到光栅上时，衍射光也与衍射体光栅的等折射率面成出射由于可以近似得到:声光偏转角式中s为声波的频率，vs为声波在器件中的传播速率。布拉格条件下的衍射思考：如何实现声光模拟式扫描和数字式扫描？常用的光束扫描技术机械式扫描--平面镜扫描--棱镜扫描--光楔扫描电光扫描--双KDP棱镜扫描--电光数字式扫描声光扫描二、光调制与解调光调制：通过改变光波的振幅、强度、相位、频率或偏振等参数，使

7、传播的光波携带信息的过程按调制元件应用的物理效应分为电光调制、声光调制、磁光调制；按调制光波的参量可分为振幅调制、频率调制、相位调制等。按调制的形式分模拟调制、数字调制和脉冲调制以数字式为例思考，为何扫描和调制可以使用相同的光学原理？光信号调制格式光的全部物理参数都能用作信号调制的变量强度、相位、频率、偏振等光信号调制形式模拟调制脉冲调制数字调制光调制的物理现象电光调制一、电光效应当晶体受电压作用时，晶体的折射率会发生变化，引起通过晶体的光波特性发生变化，称晶体的电光效应。当晶体的折射率与外