光电子技术lecturenew13

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1、光电子技术（13）式中=Amcd/n=Aml为静态最大相位调制。Sinc函数的分布如图65。表明随调制频率或渡越时间的增加，相位调制深度会减小，即调制效果变差。取:则上面的估计表明要使高频相位调制的调制幅度衰减量小于静态调制幅度的10%，调制频率m和渡越时间d的乘积应小于/2。这是设计高频相位调制器的判据。在此判据下，调制器的最高工作频率为：（三）、高频调制特性的改善—行波调制器行波调制器的结构如图66，采用横向调制。光电子技术（13）设行波电场为:式中km=m/cm，cm为行波电场沿电极的传播速度，t为光波到达调制器入射面的时间。代上式入相位延迟积分公式得

2、：衰减因子为：式中为静态电光调制相位延迟量。光电子技术（13）衰减到直流调制量的90%时，有：所以行波调制器的最大调制频率为：上式表明行波调制器的带宽是非行波型调制器的（1-c/ncm)-1倍。当光速c/n与电场在电极上的传播速度cm一致时，（1-c/ncm)-1∞所以，只要匹配电场速度和光速，能极大地增加行波调制器的带宽。§3.3声光调制声光调制利用超声波调制介质的折射率分布，进而调制光的参数。行波调制提高调制带宽的物理解释如图66a所示。光电子技术（13）声波在介质中传播可以形成行波型和驻波型折射率分布：行波：驻波：一、拉曼-奈斯衍射当声光栅较薄时（细声柱），声光衍射是多

3、级衍射的，类似平面光栅的衍射情况，称为拉曼-奈斯衍射。每一级的衍射效率低。如图66b所示，设超声相位光栅的折射率分布为：设垂直入射光波为：通过厚度为L的声光栅后，变为相位调制波。在出射面上的光场为：按照声光衍射谱的结构，声光衍射分为拉曼-奈斯和布拉格衍射。光电子技术（13）在距光栅出口面z处的远场光分布为上述光场的夫琅禾费衍射：式中=knL，q为光束直径，为光束的衍射角，满足如下关系：光电子技术（13）由上式确定的衍射极大条件为：如图67所示，衍射极大角满足：各衍射极大级的强度值为：各级衍射波为：衍射光波频率发生了多普勒频移，各级衍射光的频率不同，但变化量很小，远小于激

4、光器的纵模频率间隔，不致于出现颜色变化。对驻波型声光衍射，数学处理方法上是一样的，只是复杂一些，因为驻波可以分解为两个相反方向传播的行波的叠加，所以，衍射光场为两个行波衍射场的相干叠加。驻波声光栅的折射率分布为：光电子技术（13）类似地，调相波的远场衍射为：类似地，相位调制波为：二、布拉格衍射如图68所示，当声光栅较厚，光波倾斜入射角满足布拉格条件时，光电子技术（13）衍射极大条件为:衍射极大角:衍射极大的强度:外差干涉，交变调制光电子技术（13）布拉格衍射方程为：布拉格衍射效率：式中p光弹系数，L为声光作用长度，Is为超声强度，为密度。令：称为声光衍射效率品质因数衍射效率

5、可重写为：式中H为换能面的宽度，Ps为超声功率。引入参数：产生仅有正或负一级的衍射。光电子技术（13）当G≤时，为拉曼-奈斯衍射当G≥4时，为布拉格衍射否则为混合型衍射，既有拉曼-奈斯衍射，又有布拉格衍射。定义称为声光调制器的特征长度则：L≤L0/2，为拉曼-奈斯衍射L≥2L0，为布拉格衍射三、声光调制器设计考虑1、材料选择光电子技术（13）①应使调制器的调制效率高，而驱动功率低，选择M2大的材料。③渡越时间考虑。要选择声速较小的介质，提高分辨率衍射效率和调制带宽要求的条件是互相矛盾的，所以要折衷考虑二者，选择合适的材料。②调制器应有较大的带宽。带宽为：，要求nvs2大。

6、2、电-声换能器它是实现电能转换为超声波能的元件，利用某些材料的反压电效应，如压电陶瓷、石英片等，在交变外加电场下产生机械振动。电-声换能器设计考虑的问题包括：振动频率、机械强度，电特性等。光电子技术（13）式中K为磁光系数，又称范德特常数（维尔德Verdet）特点：（1）磁旋光效应的功率要求低。（2）偏振面旋转方向与光传播方向无关，只与磁场强度方向有关。磁场方向不变时，光往返两次通过磁光调制器偏振面转角加倍。磁光调制器结构与电光强度调制器结构相同，需要相互正交的起、检偏振器。调制信号控制磁场线圈中的电流，实现对光强的调制。§3.4磁光调制磁光调制利用某些介质的磁光效应。如法

7、拉弟效应，使光的偏振面旋转。旋转角与磁场强度、晶体长度和介质性质有关：光电子技术（13）磁光效应的物理解释通常认为它起源于电子自旋与磁场作用，产生塞曼分裂，使得原来自旋简并的能级分裂。自旋分裂后，材料的消光系数对左、右旋圆偏振光的吸收峰分裂，根据K-K关系，消光系数的谱变化会引起折射率变化，所以左、右旋圆偏振光的折射率不同。这种效应称为圆二色性。线偏振光可以看成左旋和右旋圆偏振光的叠加。当线偏振光通过具有磁致圆二色性的材料后，左、右旋圆偏振光的相位不同，合成的光为一个偏振面发生旋转的线偏振光。数学分析如