激光调制与偏转技术

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1、绪论激光（LASER）LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation激光器(件)：是在量子物理基础上诞生的新型光源。激光：属于受激辐射相干光，具有高亮度、高方向性和单色性好等特点。Lightorlaser无辐射跃迁普通光：属于自发辐射非相干光。E=hν,P=h/λ,λ=h/P=h/mv1960年第一台红宝石激光器研制成功，标志着激光科学技术的诞生。从此，给古老的光学学科带来强大的生命力，引起现代光学应用技术的迅猛发展。亦标志着人类认识和改造自然的能力发展到一个新的高度。上个世纪60年代是Laser发展最快的

2、时期。61年，He-NeLaser,Nb玻璃Q开关Laser,红宝石倍频Laser;62年，半导体Laser用于全息照相；63年，液体Laser;64年，钇铝石榴石Laser,CO2Laser,化学Laser和锁模Laser;65年，Laser参量振荡器;66年，染料Laser;67年，超短脉冲Laser;68年，金属蒸气Laser;70年，异质结半导体Laser，真空紫外分子Laser；而后，高气压气体Laser，气动Laser，高功率化学Laser,准分子Laser，自由电子Laser等相继问世，至今已有几千种。然而，真正有实用价值的Laser为数还不多

3、。所以，不断地改进Laser的性能，提高效率和功率、压缩其脉冲宽度以及改变输出频率等(以适应各种应用和科学研究的需要)，乃是研究Laser的重要内容之一。本课程(激光技术)就是为解决上面提到的“提高”、“压缩”以及“改变”等而设的，旨在改善和提高激光性能。主要由以下几个方面：激光的调制技术和传输技术等。调Q技术和锁模技术；选模技术和稳频技术；第一章激光调制与偏转技术§1.1调制的基本概念激光是一种频率更高的电磁波，它具有很好相干性，因而象以往电磁波（收音机、电视等）一样可以用来作为传递信息的载波。由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、符号等)通过一定的

4、传输通道(大气、光纤等)送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。这种将信息加载于激光的过程称之为调制，完成这一过程的装置称为调制器。其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制信号。解调：调制的反过程，即把调制信号还原成原来的信息。激光光波的电场强度是：式中，，。根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制。内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。例如，注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制(也称直接调制)。还有一种内调

5、制方式是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器输出特性，以后介绍的调Q技术实际上就是属于这种调制。外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量级），调制带宽要宽得多，故倍受重视。激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及强度调制等。其中Am和ωm分别是调制信号的振幅和角频率，当进行激光振幅调制之后，(1.1-1)式中的激光振幅Ac不再是常量，而是与调制信号成正

6、比。§1.1.1振幅调制振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。设激光载波的电场强度如：如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：其调幅波的表达式为：(1.1-3)利用三角公式：(1.1-3`)得：(1.1-4)式中，称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项是因调制而产生的新分量，称为边频分量(见下图1.1-1)。调幅波频谱§1.1.2频率调制和相位调制━━简称调频和调相调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角(t)的变化，因此统称

7、为角度调制。中的角频率ωc不再是常数，而是随调制信号而变化，即：对于调频而言，就是(1.1-1)式若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：其中称为调频系数，kf称为比例系数。则调制波的表达式为：同样，相位调制就是(1.1-1)式中的相位角不再是常数，而是随调制信号的变化规律而变化，调相波的总相角为：式中，称为调相系数。(1.1-8)则调相波的表达式为：(1.1-9)下面再分析一下调频和调相波的频谱。由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此可写成统一的形式（1.1-10）利用三角公式展开(1.1-10)式，得：(1.1-11)将式中两项按贝塞尔函数

8、展开：知道了调制系数m，就可从贝塞尔函数表查得各阶贝