《光辐射的控制技术》PPT课件

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1、光辐射的控制，就是用信息信号对激光辐射进行作用。光辐射的控制技术与电子学中电子、电子束和空穴之类的带电粒子不同，在电性能方面呈中性的光子不能用电场或磁场来直接控制。与无线电通信技术中利用无线电波作为传递语言、图象信息的载波相似，激光也可以用来作为传递信息的载波。激光频率高，用激光传递信息的容量大。由于激光光束的发散角小，方向性好，所以用激光传递信息具有保密性好，抗干扰性能强等优点。激光可以用来作为传递信息的载体，是传递信息的理想光源。功率能量脉宽模式线宽等人们可以从不同的方面改善与提高激光器的输出特性，扩大激光

2、器的应用范围，它们在激光应用及推动光电子技术的发展中，起着非常重要的作用。电光效应光轴方向为z轴方向。x方向振动的线偏振光沿着光轴方向通过晶体时，仍为x方向振动的线偏振光。其它条件不变，在晶体上沿纵向加几千伏高电压，当光仍沿z向传播时，将出现双折射现象。外加电场引起晶体光学性质发生变化的效应电光效应。因此，该二光通过长为l的晶体后，将产生相位差no为沿晶体光轴方向传播的自然折射率，γ63为KDP晶体的电光系数，Ez为沿z方向所加的电场强度。可以求得沿Z向传播、在x′和y′方向振动二光的感应折射率差为可见，由感应

3、双折射引起的该二偏振光的相位差与外加电压V成正比。在晶体内分解的沿x′和y′方向振动的二光的频率相同，振幅也相同，所以在它们通过晶体后，其合偏振光将视偏振的不同，可能是线偏振光、椭圆偏振光或圆偏振光。晶体中的电场强度Ez与两端电压V的关系为V=Ezl，上述相位差可表示为声光效应改变超声波频率，不管对喇曼-乃斯衍射还是对布喇格衍射，均可改变衍射光的极值方向和衍射光频率；改变超声波的强度，可以改变折射率光栅的幅度△n，可以改变衍射光的极值光强。通过改变超声波场，控制衍射光强、频率、方向、从而达到光调制的目的。由此可

4、见：反转粒子数超过了激光器的阈值反转粒子数，就将产生激光输出。调Q概念人为地控制激光器阈值，使其很高，抑制激光振荡的产生。由于光泵的激励，激光上能级将不断地积累粒子数。1．调Q的基本思想当反转粒子数达到最大数量时，突然降低激光器的阈值，由于此时的反转粒子数大大超过激光器的阈值反转粒子数在极短的时间内大量抽空激光上能级的粒子，同时输出一个极强的尖锐脉冲，或调Q脉冲。(一)锁模原理1．自由运转多模激光器的输出特性包含有多个纵模，纵模频率为假设每个纵模的电场表示式为式中，q为正整数，ωq是第q个纵模的圆频率，L是谐振

5、腔长。二、锁模则自由运转多模激光器的输出为总光场是各个模式光场的非相干迭加。2．锁模激光器的输出特性它是采取某种措施使各自独立起振的模式在时间上同步，即使其相位有确定的关系，例如使＝常数。因此，总光场是各个模式光场的相干迭加。假设起振的纵模有(2N+1)个，各振荡模式的振幅均为E0，相邻纵模间的相位差均为△，处在介质增益曲线中心的模序数q＝0，圆频率为ω0，初相位为0，则由各光场的相干迭加，可得总光场为总光强为式中，Io是单个模的光强。该锁模激光器输出光的特点是：①锁模激光器的输出是间隔为T=2L/C的规则序列

6、脉冲。②该序列脉冲中的每个脉冲宽度为③输出脉冲的峰值光强为单个模式光强的(2N+1)2倍，即为。它较之自由运转多模激光器光强，I0(2N+1)提高了(2N+1)倍。右图绘出了七个纵模振荡的激光器，在锁相情况下的，激光输出时间特性。由上所述，锁模激光器起振的纵模数目愈多，所产生的激光脉冲愈窄，峰值功率愈高。光调制的基本概念光调制把欲传输的信息加载到激光辐射上的过程，叫激光调制。完成这一任务的装置，叫光调制器。而由已调制的激光辐射还原出所载信息的过程，叫解调。几种典型的激光调制(一)机械调制作为输出反射镜的锗片贴在

7、压电陶瓷上。图给出了一种作为发射源的机械调制CO2激光器的结构示意图，压电陶瓷加有偏置直流电压和调制信号电压。压电陶瓷的长度l随调制信号电压Vm变化，其变化量△l∝Vm。由于CO2激光器的纵模频率v随腔长的变化量△v为因△L∝△l，所以，△v∝Vm，实现了输出光频率v随信号电压Vm线性变化的激光调频。在PZT上贴一块3mm厚的锗片作机械负载，当PZT所加电压改变1V时，可使激光频率变化6kHz，当激光最大频率偏移为150kHz时，调制电压峰值约为25V。式中，L是激光器谐振腔的长度，c是光的速度，q是正整数。(

8、二)电光调制电场是沿着晶体主轴x、y、z中某一个方向加到晶体上的。经常采用的工作方式有两种：一种是电场方向与通光方向一致，都沿着z轴(光轴)方向，称为纵向运用；另一种是电场沿z或x或y轴方向，而通光方向与电场方向垂直，称为横向运用。入射激光经起偏器后，成为振动方向平行于x轴的线偏振光以纵向运用为例，介绍两种电光调制器的工作原理：1．电光强度调制器起偏器的偏振方向平行于电光晶体的x轴，检