第八节、光调制器件.ppt

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1、本节主要内容一、概述二、电光器件1、电光调制器的工作原理2、电光调制器的主要性能参数三、声光器件四、磁光器件1、法拉第旋光效应2、磁光器件工作原理1扬州大学一、概述光调制器件（光控器件）是指利用各种物理效应能够对光的振幅、频率、相位、偏振状态和传播方向等参量进行调制的器件。光调制器件的工作基础是物质对外来作用，产生各种物理效应。例如，电光效应、声光效应、磁光效应等。2扬州大学二、电光器件1、电光调制器的工作原理电光器件是指利用某些物质的电光效应可以制成的器件。电光效应是指某些光学介质，当受到外电场作用时，它的折射率将随着外加电场变化，介电系数

2、和折射率都与方向有关，在光学性质上变为各向异性；当不受外电场作用时，介电系数和折射率都是标量，与方向无关，在光学性质上是各向同性的。3扬州大学迄今已发现的电光效应有两种：一种是折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，称为泡克耳斯(Pockels)效应；利用泡克耳斯效应制成的调制器，称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。泡克耳斯盒分为纵向调制器和横向调制器两种。另一种是折射率的变化量与外电场强度的平方成比例，称为克尔(Kerr)效应。利用克尔效应制成的调制器，称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。4扬州大学

3、5扬州大学当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P后变为振动方向平行于P光轴的平面偏振光，通过克尔盒时其振动方向不变。在光路中起偏器P和检偏器Q的光轴安装时调成彼此垂直，当光到达检偏器Q时，因光的振动方向垂直于Q的光轴而被阻挡，所以Q没有光输出。非偏振光振动方向平行于P光轴的平面偏振光检偏器Q起偏器P6扬州大学当给克尔盒加电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。通过它的平面偏振光则改变其振动方向。经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，

4、而是在Q光轴方向上有光振动的分量，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压的大小等因素有关。非偏振光振动方向平行于P光轴的平面偏振光检偏器Q起偏器P7扬州大学如果外加电压是周期性变化，对于结构已确定的克尔盒来说，则Q的光输出必然也是周期性变化的，因此可实现对输出光偏振和强度的调制。8扬州大学几个偏振量的方位关系如图所示。其中，光的传播方向平行于z轴；M和N分别为起偏器P和检偏器Q的光轴方向，二者彼此垂直；α为M与y轴的夹角，β为N与y轴的夹角。y9扬州大学晶体的双折射现象当一束单色光在各向同性介质的界面折射时，

5、折射光线只有一条，遵守折射定律。当一束单色光在各向异性介质的界面折射时，一般可以产生两束折射光线，这种现象就叫双折射有一束总是遵循折射定律，即不论入射光线方位如何，折射光线总是在入射面内，并且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数。我们把这束折射光称为寻常光，用o表示。另一条折射光线则不同，一般情况下，入射角的正弦与折射角的正弦之比不等于常数，且折射光线不在入射面内，即不遵循折射定律，因此称它为非常光，用e表示。10扬州大学设自然光经过起偏器P后所产生的平面偏振光为：y11扬州大学平面偏振光的传播方向垂直于介质光轴，它通过介质时会产生双折射，

6、o光垂直于xz面，e光在xz面内。o光的振动方向垂直于主截面(光轴与光线所构成的平面)，e光的振动方向在主截面内，o光和e光在介质中的折射率不同。o光和e光在介质中的传播速度不同。这两种光在介质的输入端是同相位的，通过一定厚度的介质达到输出端时，将要有一定的相位差。y12扬州大学o光和e光在介质输出端的光波振幅表达式为：式中，l下标代表介质厚度；φ代表o、e光通过厚度为的介质后所产生的相位差。y13扬州大学当o、e光达到检偏器Q时，只有平行于检偏器Q光轴N的分量能通过，垂直于N的分量则被阻挡。所以，通过检偏器Q的光波振幅为:它们在N方向的合量

7、为:14扬州大学由于发光强度正比于振幅的平方，于是有对于具有克尔效应的介质，理论分析指出：o光和e光通过厚度为l的介质后，所产生的相位差为式中，k称为克尔系数；U为加到克尔盒两电极板上的电压；d为两电极板间的距离。可见，克尔盒中φ与U的平方成线性关系。改变P与Q的相对方位设置，可以控制输出AN。可以证明，当α=β=π/4时输出最强，此时上式变为:15扬州大学2、电光调制器的主要性能参量（1）半波电压Uλ/2（或Uπ）半波电压是使调制器光输出达到最大时所需的电压。这个电压自然是越小越好，这样既便于操作，又可减少电功率损耗和发热。16扬州大学（2

8、）透过率调制器的光输出与光输入之比称为透过率。17扬州大学（3）调制带宽调制带宽与调制器的等效电容有关，低频时调制带宽与调制功率成正比。要求光波在晶体中的渡越时间t