第7章3激光调制修改ppt课件.ppt

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1、7.5.1激光调制的基本概念激光调制：将信息加载于激光的过程。载波：激光（高频）调制信号：低频信号内调制（直接调制）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。内调制主要用在光通信的注入式半导体光源中。外调制激光形成以后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光通过调制器时，就会使光波的某个参量受到调制。7.5激光调制技术调制光波的参量振幅调制（强度调制）相位调制（频率）偏振调制调制形式模拟调制数字调制脉冲调制电光效应声光效应磁光效应物理效应其他(如:电吸收)利用KDP晶体在电场作用下的双折射效应制作电

2、光调制器；利用超声波作用下介质折射率周期性变化的声光效应可以制作声光调制器；利用法拉第效应可以制作磁光调制器与光隔离器。2.主要物理效应1.振幅调制使载波的振幅随着信号的变化规律而变化。激光的电场调制信号调幅波的频谱公式=调幅系数：2.频率调制和相位调制光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变。频率调制：激光的电场强度：相位调制：频率调制和相位调制都是调总相角，写成统一形式：调频系数：产生无数多个边频，当m很小时，边频数量减少。3.强度调制光载波的强度（光强）随调制信号规律而变化。设调制信号是单频余弦波，则调制强度为：实际应用中，为了得到较强的抗干扰效果，往往利用二次调制方式，即先用

3、低频信号对一高频副载波进行频率调制，然后再利用这个已调频波进行强度调制（称为FM/IM调制），使光的强度按副载波信号的规律变化。信号在调频波中，抗干扰能力强。4.脉冲调制用一种间歇的周期性脉冲序列作为载波，使载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。脉冲编码调制（采样、量化、编码）5.脉冲编码调制（数字调制）1.光在晶体中的传播（1）晶体的极化率与介电系数介质极化强度P与入射光E的关系：极化率成为二阶张量，具有九个分量：于是各向异性晶体中P每一个分量都与E的三个分量存在着线性关系，P不再与E同向。各向同性晶体中P每一个分量与E的相应分量存在着线性关系，P与E同向。7.5.2电光调制选择坐

4、标系为晶体的主介电坐标系，则非线性晶体张量非对角元素为零：折射率：低级晶族3个分量不相等，中级晶族有2个相等，高级晶族3个都相等。—确定两个允许传输波的偏振方向及其相速度。直角主介电坐标系中，两波面沿三主轴分量表示为通式：为沿三个轴的主折射率（2）折射率椭球方程代表一个椭球，称折射率椭球，晶体各向异性的几何表示。性质：其中任一矢径的方向，其长度表示沿该方向偏振的光波的折射率。对于任意给定的波矢k，利用折射率椭球可求光波的偏振方向及相应折射率：通过原点作k的垂面，与折射率椭球相交得一椭圆截面，则这一椭圆截面的两个轴即为两个偏振方向，两个轴长度为相应折射率。单轴晶体折射率椭球：取光轴为z轴，沿

5、x、y轴的主折射率相等，说明xoy平面内的D、E方向一致，与各向同性介质中光波性质一样，称寻常光，相应主折射率为寻常折射率，记为no；沿光轴的主折射率称非常折射率，记为nezyxzyxOO(a)正单轴晶体(b)负单轴晶体单轴晶体折射率椭球单轴晶体折射率椭球特性：（a）xoy平面与椭球截面是一个圆，其半径为no。—表明当光波沿着z轴方向传播时，即ki平行于光轴时，只存在一种折射率no，光波偏振方向取垂直于Z轴的任何方向，折射率相等，不产生双折射。z轴即单轴晶体光轴。（b）xoz、yoz平面，或其它含z轴的椭球截面为一椭圆，其两半轴长度分别为、。—表明当光垂直于z轴入射(ki垂直于光轴，处于x

6、oy平面内)时，可允许两个彼此正交的线偏振光传播，其中一个光波偏振方向平行于光轴、折射率为，另一光波偏振方向垂直于光轴、折射率为。（c）当ki与z轴夹角为时，通过原点O垂直于ki的平面与椭球的截面为一椭圆，其长、短轴为允许的偏振方向，对应于两种本征光波：寻常光：偏振方向与SOZ平面垂直，折射率及相速与无关，折射率no称寻常折射率。非常光：偏振方向在SOZ平面内，折射率ne()满足方程：折射率与相速和角度有关。任意方向传播的双折射2.电光效应电光效应：当介质的两端所加外电场较强时，介质内的电子分布状态将发生变化，以致介质的极化强度以及折射率也各向异性地发生变化的现象。电光效应弛豫时间

7、很短，仅有10-11ｓ量级外场的施加或撤消导致的折射变化或恢复瞬间即可完成。可用作高速调制器、高速开关等（a）外加电场相对光场为低频（b）外加电场沿着某一介电主轴作用于晶体，此时D与E的方向一致，因而D只随E的大小变化。为突出物理思路、简化推导，讨论基于以下条件：（1）泡克尔斯(Pockels)效应与克尔(Kerr)效应当外加电场沿某一介电主轴作用于晶体时，电位移矢量为为不加电场时的介电常数，称线性介电常数。定义D(E)