提高布喇格声光调制器衍射效率的途径-Read优秀PPT.ppt

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1、其次章其次章 各种类型的光控器件各种类型的光控器件第一节第一节 电光限制器件电光限制器件其次节其次节 声光限制器件声光限制器件第三节第三节 磁光限制器件磁光限制器件第一节第一节 电光限制器件电光限制器件2.1.1 2.1.1 几种常用电光材料的线性电光效应几种常用电光材料的线性电光效应 常用的线性电光效应较强的材料：常用的线性电光效应较强的材料：LiNbO3（铌酸锂）、（铌酸锂）、LiTaO3、KDP（磷酸二氢钾）（磷酸二氢钾）、KTN（铌酸锂钾）（铌酸锂钾）、BaTiO3等等一、铌酸锂晶体的线性电光效应一、铌酸锂晶体的线性电光效应p铌酸锂是一种人工生长的晶体，简写为铌酸锂是一种人工生长的晶体

2、，简写为LN；p0.45 m光谱范围内的透过率大于光谱范围内的透过率大于95%;p光学匀整性好光学匀整性好p不潮解，属于三方晶系点群结构不潮解，属于三方晶系点群结构特特点点2.1.2 2.1.2 铌酸锂的线性电光效应铌酸锂的线性电光效应 线性电光系数矩阵：线性电光系数矩阵：在外加电场在外加电场E(E1，E2，E3）作用下，新的折射率椭球方程：）作用下，新的折射率椭球方程：一、外加电场平行于一、外加电场平行于z z轴轴即即E1=E2=0 由于此时没有交叉项出现，说明加电场后折射率椭由于此时没有交叉项出现，说明加电场后折射率椭球的主轴与原来的折射率椭球的主轴完全重合，折射率球的主轴与原来的折射率椭

3、球的主轴完全重合，折射率椭球仍为旋转椭球。椭球仍为旋转椭球。一、外加电场平行于一、外加电场平行于z z轴轴一般一般 ij的量级为的量级为10-10cm/V,而而E的量级通常为的量级通常为104V/cm ij E1利用泰勒级数绽开：利用泰勒级数绽开：一、外加电场平行于一、外加电场平行于z z轴轴由此可以得到新的主折射率为：由此可以得到新的主折射率为：对于纵向调制，两个正交的线偏振光经调制器出射所产生对于纵向调制，两个正交的线偏振光经调制器出射所产生的相位差为：的相位差为：横向调制所产生的相位差为：横向调制所产生的相位差为：LiNbO3晶体沿晶体沿z轴方向加电场后，只产生横轴方向加电场后，只产生横

4、向电光效应，而不产生纵向电光效应。向电光效应，而不产生纵向电光效应。二、外加电场平行于二、外加电场平行于y y轴轴当外加电场平行于当外加电场平行于y轴时，轴时，E1=E3=0 折射率椭球主轴将绕折射率椭球主轴将绕x轴转动了一个角度，并且由单轴转动了一个角度，并且由单轴晶体变成了双轴晶体。轴晶体变成了双轴晶体。新的主折射率为：新的主折射率为：p折射率主轴折射率主轴x轴不转动；轴不转动；p折射率椭球折射率椭球z轴长短不变，轴长短不变，x和和y方向的主值发方向的主值发生了变更；生了变更；p适用于纵向及横向的应用。适用于纵向及横向的应用。三、外加电场平行于三、外加电场平行于x x轴轴当外加电场平行于当

5、外加电场平行于x轴时，轴时，E2=E3=0 出现两个交叉项，说明在出现两个交叉项，说明在E1的作用下，晶体的折射率的作用下，晶体的折射率椭球主轴绕两个主轴发生了转动。椭球主轴绕两个主轴发生了转动。新的主折射率为：新的主折射率为：与外加电场平行于与外加电场平行于y轴对晶体的作用基本相同，轴对晶体的作用基本相同，差别仅在于主轴旋转的程度不一样。差别仅在于主轴旋转的程度不一样。2.1.3 GaAs2.1.3 GaAs和和InPInP的线性电光效应的线性电光效应 线性电光系数矩阵：线性电光系数矩阵：在外加电场在外加电场E(E1，E2，E3）作用下，新的折射率椭球方程：）作用下，新的折射率椭球方程：当外

6、加电场平行于当外加电场平行于x轴时，轴时，E2=E3=0 出现一个交叉项，说明在出现一个交叉项，说明在E1的作用下，晶体的折射的作用下，晶体的折射率椭球绕率椭球绕x轴转动了确定角度（轴转动了确定角度（450），得到新的折射率），得到新的折射率椭球方程：椭球方程：2.1.3 GaAs2.1.3 GaAs和和InPInP的线性电光效应的线性电光效应 没有外加电场时，折射率椭球为一球体没有外加电场时，折射率椭球为一球体.新的主折射率为：新的主折射率为：可运用在横向和纵向调制可运用在横向和纵向调制2.1.3 GaAs2.1.3 GaAs和和InPInP的线性电光效应的线性电光效应 2.1.4 2.1.

7、4 电光调制器电光调制器 电电光光调调制制的的物物理理基基础础是是电电光光效效应应，即即某某些些晶晶体体在在外外加加电电场场作作用用下下，其其折折射射率率发发生生与与电电场场相相关关的的变变更更。当当光光波波通通过过时时，其其传传输输特特性性就就在在外外加加电电场场的的作作用用下下发发生生可可控控的变更。这种现象就是电光效应作用的结果。的变更。这种现象就是电光效应作用的结果。在在外外加加电电场场的的作作用用下下，可可以以人人为为的的变变更更媒媒质质（包包括括晶晶体体和和各各向向同同性性媒媒质质）的的光光学学性性质质。利利用用这这些些电电光光材材料料做做成成的的电电光光器器件件可可以以实实现现对

8、对光光束束的的振振幅幅、相相位位、频频率率、偏偏振振态态和和传传播播方方向向的的调调制制，使使电电光光效效应应在在现现代代光光电电工工程程系统得到广泛的应用。系统得到广泛的应用。一、电光体相位调制器一、电光体相位调制器 设起偏器的偏振通光方向平行于晶体的感应主轴设起偏器的偏振通光方向平行于晶体的感应主轴x（或（或y)因此，入射晶体的线偏振光不再分解成沿因此，入射晶体的线偏振光不再分解成沿x，y的两个重的两个重量，外电场不变更出射光的偏振状态，仅变更其相位：量，外电场不变更出射光的偏振状态，仅变更其相位：一、电光体相位调制器一、电光体相位调制器 对于对于KDP晶体：晶体：假设外加电场为：假设外加

9、电场为：晶体入射面光场为：晶体入射面光场为：晶体出射面光场为：晶体出射面光场为：相位调制系数相位调制系数一、电光体相位调制器一、电光体相位调制器 二、电光体强度调制器二、电光体强度调制器 p 比相位调制器多了一个检偏器和比相位调制器多了一个检偏器和1/4波片波片假假如如外外电电场场为为零零，偏偏振振面面不不发发生生旋旋转转，通通不不过过检检偏偏器器，则输出光强为零；则输出光强为零；假假如如外外加加电电压压正正好好使使偏偏振振面面转转过过900，完完全全从从检检偏偏器器通过，则输出光强最大，这个电压称为半波电压。通过，则输出光强最大，这个电压称为半波电压。起光偏置作用，使调起光偏置作用，使调制信

10、号的工作点位于制信号的工作点位于线性调制区域。线性调制区域。1.结构结构二、电光体强度调制器二、电光体强度调制器 在外加电场作用下，电光晶体尤如一块波片，相位延在外加电场作用下，电光晶体尤如一块波片，相位延迟随外加电场的大小而变，随之引起偏振态的变更，从而迟随外加电场的大小而变，随之引起偏振态的变更，从而使得检偏器出射光的振幅受到调制。使得检偏器出射光的振幅受到调制。2.调制原理调制原理二、电光体强度调制器二、电光体强度调制器 晶体的感应主轴晶体的感应主轴x，y与未加电场时单轴晶体的两主振与未加电场时单轴晶体的两主振动方向为动方向为x,y成成450，且与起偏器，且与起偏器P的透光轴成的透光轴成

11、450角。角。KD*P类晶体纵向运用：类晶体纵向运用：强度分布为：强度分布为：则通过检偏器的光强为：则通过检偏器的光强为：相对光强为：相对光强为：二、电光体强度调制器二、电光体强度调制器 透射的相对光强随外加电压变更关系曲线透射的相对光强随外加电压变更关系曲线I/I0V(或或）晶体的透射比曲线晶体的透射比曲线p工作点在透射比曲线的非线性部分时，输出光信号失真工作点在透射比曲线的非线性部分时，输出光信号失真;p工作点选在透射比曲线线性区工作点选在透射比曲线线性区(/2旁边）时，得到旁边）时，得到不失真的基频信号不失真的基频信号.二、电光体强度调制器二、电光体强度调制器 加入加入1/4波片，引入固

12、定的偏置相位差光偏置法波片，引入固定的偏置相位差光偏置法如何获得如何获得 /2的偏置相位差的偏置相位差由于引入了由于引入了/2的偏置相位差，的偏置相位差，P和和A之间的总相位差为：之间的总相位差为：/2 且且1/4波片位置可前可后。波片位置可前可后。假如沟通调制信号电压为正弦信号：假如沟通调制信号电压为正弦信号：输出相对光强为：输出相对光强为：二、电光体强度调制器二、电光体强度调制器 p可用于实现激光通信；可用于实现激光通信；p可用于测定高电压及用作电光开关；可用于测定高电压及用作电光开关；p用电光效应实现光束偏转的器件称为电光偏转器件。用电光效应实现光束偏转的器件称为电光偏转器件。三、电光波

13、导调制器三、电光波导调制器 p具有较大体积尺寸的分别器件；具有较大体积尺寸的分别器件；p几乎整个晶体材料都受到外加电场的作用，因此器件几乎整个晶体材料都受到外加电场的作用，因此器件必需施加强大的电场，以变更整个晶体的光学特性，必需施加强大的电场，以变更整个晶体的光学特性，从而使之通过的光波受到调制。从而使之通过的光波受到调制。电光体调制器电光体调制器1.电光波导调制器的概念电光波导调制器的概念 介质光波导是集成光学技术的基本组成部件，它主要介质光波导是集成光学技术的基本组成部件，它主要可分为平面波导和矩形波导（条形波导）两大类，波导层可分为平面波导和矩形波导（条形波导）两大类，波导层的厚度一般

14、为微米量级。从外界输入信号对介质波导中传的厚度一般为微米量级。从外界输入信号对介质波导中传播的光波加以限制，就称之为光波导调制器。播的光波加以限制，就称之为光波导调制器。光波导调制器光波导调制器三、电光波导调制器三、电光波导调制器 光波导调制器的优势：光波导调制器的优势：p体积小，易于集成；体积小，易于集成；p所需的驱动功率比体调制器要减小所需的驱动功率比体调制器要减小12个量级。个量级。相相同同点点：由由介介质质构构成成的的光光波波导导调调制制器器，其其电电光光、声声光光等等物物理理效效应应对对光光参参数数的的限限制制过过程程，也也是是使使介介质质的的介介电电张张量量产产生生微微小小的的变变

15、更更（即即折折射射率率变变更更)，从从而而使使两两传传播播模模间间有有一一相相位位差；差；不不同同点点：外外场场的的作作用用会会导导致致波波导导中中本本征征模模传传输输特特性性的的变变更更及及两两个个不不同同模模式式之之间间的的耦耦合合转转换换，因因此此光光波波导导调调制制器器的的基基本特性可以用介质光波导的耦合模理论来描述。本特性可以用介质光波导的耦合模理论来描述。光波导调制器与体调制器比较光波导调制器与体调制器比较2.2.电光波导调制器的调制原理电光波导调制器的调制原理 当当波波导导上上加加上上电电场场时时，产产生生介介质质折折射射率率的的微微小小变变更更，从从而而引引起起波波导导中中本本

16、征征模模传传输输特特性性的的变变更更及及两两个个不不同同模模式式之间的耦合转换。之间的耦合转换。模式间的耦合与介电张量的变更的关系：模式间的耦合与介电张量的变更的关系：（1）如只含有对角线介电张量元素如只含有对角线介电张量元素xx和和yy 将会引起将会引起TE模之间或模之间或TM模之间的自耦合，只变更模之间的自耦合，只变更其各自的相位，从而产生相对的相位延迟，与电光体相位其各自的相位，从而产生相对的相位延迟，与电光体相位调制器一样。调制器一样。（2）介电张量变更含有非对角张量元素介电张量变更含有非对角张量元素xy 将会引起将会引起TE模和模和TM模之间的互耦合，将导致模式模之间的互耦合，将导致

17、模式间的功率转换。间的功率转换。3.3.对电光体调制器的要求及其参数选择对电光体调制器的要求及其参数选择1 1）调制器应有足够宽的调制带宽，以满足高效）调制器应有足够宽的调制带宽，以满足高效率无畸变地传输信息；率无畸变地传输信息；2 2）调制器消耗的电功率小；）调制器消耗的电功率小；3 3）调制特性曲线的线性范围大；）调制特性曲线的线性范围大；4 4）工作稳定性好。）工作稳定性好。要要求求参数选择参数选择（1）电光晶体材料的选择）电光晶体材料的选择光学性能好，对调制光透亮度要高，吸取和散射损耗小，光学性能好，对调制光透亮度要高，吸取和散射损耗小，并且晶体的折射率匀整，折射率变更并且晶体的折射率

18、匀整，折射率变更 n 10-4cm;电光系数大电光系数大消光比高（消光比高（103以上），透过率要高以上），透过率要高8598，透，透过范围要宽（过范围要宽（0.2 m2 m)较好的物理化学性能较好的物理化学性能参数选择参数选择3.3.对电光体调制器的要求及其参数选择对电光体调制器的要求及其参数选择（2）降低调制器功率损耗的方法）降低调制器功率损耗的方法 接受接受n级晶体串联的方式级晶体串联的方式留意：串接晶体的块数不宜过多，以免造成透过率留意：串接晶体的块数不宜过多，以免造成透过率太低或电容太大太低或电容太大（3）调制电压的选择）调制电压的选择 为保证调制光发生畸变，限制高次谐波的幅值为保证

19、调制光发生畸变，限制高次谐波的幅值（4）电光晶体尺寸的选择）电光晶体尺寸的选择 电光晶体尺寸是指其长度和横截面的大小。增加长电光晶体尺寸是指其长度和横截面的大小。增加长度有助于减小调制器的电容，使频带展宽。但不能过度有助于减小调制器的电容，使频带展宽。但不能过长。长。2.2.1 声光限制器件的类型其次节其次节 声光限制器件声光限制器件 用来调制光束强度的声光器用来调制光束强度的声光器 用来变更光束方向的声光器用来变更光束方向的声光器 选择光束波长的声光器件选择光束波长的声光器件 引起光束频移的声光器件引起光束频移的声光器件2.2.1 声光限制器件的类型一、用来调制光束强度的声光器一、用来调制光

20、束强度的声光器声光调制技术声光调制技术声光调制是一种先进和好用的光调制技声光调制是一种先进和好用的光调制技术，输入声光调制器的电信号可以载入术，输入声光调制器的电信号可以载入通过器件的激光束，输出激光束的强度通过器件的激光束，输出激光束的强度将随输入电信号的幅度变更而变更。将随输入电信号的幅度变更而变更。脉冲（开关）声光调制器脉冲（开关）声光调制器正弦波声光调制器正弦波声光调制器多信道声光调制器多信道声光调制器分类分类依据输入电依据输入电信号的类型信号的类型p响应速度高，比电光调制的适用面广。响应速度高，比电光调制的适用面广。p声光调制具有效率高和全电控的特点，可对激光共振声光调制具有效率高和

21、全电控的特点，可对激光共振腔进行腔内或腔外调制腔进行腔内或腔外调制优优势势2.2.1 声光限制器件的类型二、用来变更光束方向的声光器件二、用来变更光束方向的声光器件声光偏转是一种先进的光偏转技术，既可以实现连续的声光偏转是一种先进的光偏转技术，既可以实现连续的光偏转，又可以实现随机的光偏转，无可动部件，是全光偏转，又可以实现随机的光偏转，无可动部件，是全电控的。电控的。有两种方式：一种是连续地变更光束传播方向，相邻两有两种方式：一种是连续地变更光束传播方向，相邻两个光点是部分重叠的，很多光点组成一条光扫描线；个光点是部分重叠的，很多光点组成一条光扫描线；另一种是离散地、随机地变更光束传播方向。

22、另一种是离散地、随机地变更光束传播方向。变更声光偏转器的变更声光偏转器的驱动电信号的频率驱动电信号的频率假假如如在在变变更更声声光光偏偏转转器器驱驱动动电电信信号号频频率率的的同同时时，对对电电信信号号施施以以幅幅度度调调制制，则则输输出出光光在在变变更更传传播播方方向向的的同同时时，光束的强度也受到调制，称为声光偏转调制器光束的强度也受到调制，称为声光偏转调制器2.2.1 声光限制器件的类型三、选择光束波长的声光器件三、选择光束波长的声光器件声光可调谐滤光器：利用声光器件可以从自发辐射的宽光声光可调谐滤光器：利用声光器件可以从自发辐射的宽光谱入射光中，选择输出光的波长。光波长的数值与输入电谱

23、入射光中，选择输出光的波长。光波长的数值与输入电信号的频率相对应，变更驱动信号的频率，输出的光波长信号的频率相对应，变更驱动信号的频率，输出的光波长也相应变更的声光器件。也相应变更的声光器件。优势：优势：电控调谐的，调谐范围宽，具有角孔径大和光谱辨别率高电控调谐的，调谐范围宽，具有角孔径大和光谱辨别率高的特点。的特点。典型应用：典型应用：在红外光频谱分光技术、红外传感系统和在非相干背景辐在红外光频谱分光技术、红外传感系统和在非相干背景辐射中探测弱激光信号等领域有重要的应用，也用于特殊的射中探测弱激光信号等领域有重要的应用，也用于特殊的光谱分析、染料激光器的调谐和彩色信息处理。光谱分析、染料激光

24、器的调谐和彩色信息处理。2.2.1 声光限制器件的类型四、引起光束频移的声光器件四、引起光束频移的声光器件激光是光频范围的电磁波，具有很高的频率稳定性。利激光是光频范围的电磁波，具有很高的频率稳定性。利用声光衍射器件，可以使激光束的频率发生变更，这种用声光衍射器件，可以使激光束的频率发生变更，这种工作方式的声光器件，称为声光移频器。工作方式的声光器件，称为声光移频器。移频的方式：移频的方式：变更声光移频器的电信号驱动频率，输出光的移频量也变更声光移频器的电信号驱动频率，输出光的移频量也相应变更。相应变更。保持驱动频率不变，取不同的衍射级作输出，它们之间保持驱动频率不变，取不同的衍射级作输出，它

25、们之间的移频量也不同。的移频量也不同。主要应用：声光移频器在相干系统、光通信和信号处理主要应用：声光移频器在相干系统、光通信和信号处理系统有重要的应用。系统有重要的应用。2.2.2 2.2.2 声光器件的材料声光器件的材料一、声光器件的晶体选材要求一、声光器件的晶体选材要求1、声光品质因素、声光品质因素M2表征声光材料性能的优劣，反映出材料的固有衍射效率。表征声光材料性能的优劣，反映出材料的固有衍射效率。式中式中n折射率，折射率，P光弹性常数光弹性常数 -材料密度材料密度 va声声传播速度传播速度材料的折射率和光弹性常数大、密度和声速小，则品质因材料的折射率和光弹性常数大、密度和声速小，则品质

26、因素高。素高。一、声光器件的晶体选材要求一、声光器件的晶体选材要求2.声衰减系数声衰减系数式中：式中：Gruneisen常数，常数，角频率，角频率，K导热率导热率超声衰减与声速的五次方成反比，超声速低的材料声损耗超声衰减与声速的五次方成反比，超声速低的材料声损耗也大，这与品质因素对材料的要求冲突。也大，这与品质因素对材料的要求冲突。二、声光材料二、声光材料液体（如水）液体（如水）固体固体玻璃：熔石英、重火石玻璃玻璃：熔石英、重火石玻璃晶体：晶体：TeO2,PbMoO4等等一、声光体调制器的构成一、声光体调制器的构成 声声光光体体调调制制器器是是由由声声光光调调制制器器，它它由由声声光光介介质质

27、、电电一声换能器、吸声装置及驱动电源四部分构成。一声换能器、吸声装置及驱动电源四部分构成。2.2.2 声光体调制器声光体调制器2.2.2 声光体调制器声光体调制器一、声光体调制器的构成一、声光体调制器的构成2.电一声换能器（又称超声发生器）电一声换能器（又称超声发生器）它它是是利利用用某某些些压压电电晶晶体体（石石英英、LiNb03等等）或或压压电电半半导导体体(CdS.Zn0等等）的的反反压压电电效效应应，在在外外加加电电场场作作用用下下产产朝气械振动而形成超声波，将调制的电功率转换成声功率。朝气械振动而形成超声波，将调制的电功率转换成声功率。1声光介质声光介质 声声光光介介质质是是声声光光

28、互互作作用用的的场场所所。当当一一束束光光通通过过变变更更的的超超声声场场时时，由由于于光光和和超超声声场场的的互互作作用用，其其出出射射光光就就具具有有随随时时间间而而变变更更的的各各级级衍衍射射光光，利利用用衍衍射射光光的的强强度度随随超超声声波波强强度度的变更而变更的性质，就可以制成光强度调制器。的变更而变更的性质，就可以制成光强度调制器。一、声光体调制器的构成一、声光体调制器的构成4.驱动电源驱动电源 用以产生调制信号，驱动声光调制器工作。用以产生调制信号，驱动声光调制器工作。3.吸声（或反射）装置吸声（或反射）装置 放置在超声源的对面，用以吸取已通过介质的声波，放置在超声源的对面，用

29、以吸取已通过介质的声波，以免返回介质产生干扰（超声场工作在行波状态）；以免返回介质产生干扰（超声场工作在行波状态）；假如超声场工作在驻波状态，吸声装置需换成反射装假如超声场工作在驻波状态，吸声装置需换成反射装置。置。2.2.2 声光体调制器声光体调制器二、声光体调制器的工作原理二、声光体调制器的工作原理 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。种物理过程。调制信号（电信号）调制信号（电信号）电声换能器电声换能器 获得以电信号形获得以电信号形式变更的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，式变更的超声场，当光波通过声光介质时

30、，由于声光作用，使光载波受到调制而成为使光载波受到调制而成为“携带携带”信息的强度调制波。信息的强度调制波。其衍其衍射效率均与附加相位延迟因子有关射效率均与附加相位延迟因子有关其中其中 为相位延迟因子，为相位延迟因子，n为声致折射率差。为声致折射率差。n 正比于弹性应变幅值正比于弹性应变幅值S,而而S正比于声功率正比于声功率Ps2.2.2 声光体调制器声光体调制器二、声光体调制器的工作原理二、声光体调制器的工作原理布喇格声光调制特性曲线布喇格声光调制特性曲线 衍射效率衍射效率 与超声功率与超声功率Ps是是非线性非线性调制曲线形式，为调制曲线形式，为了使调制不发生畸变，则了使调制不发生畸变，则需

31、加超声偏置需加超声偏置，使其工作在线性，使其工作在线性较好的区域。较好的区域。二、声光体调制器的工作原理二、声光体调制器的工作原理 在声功率在声功率Ps（或声强（或声强Is）较小）较小的状况下，衍射效率随声强度的状况下，衍射效率随声强度Is中中增加线性增加。增加线性增加。其衍射效率表达式为：其衍射效率表达式为：考虑了布喇格角对考虑了布喇格角对声光作用的影响声光作用的影响布喇格衍射布喇格衍射工作频率高，效率高，调制带宽较宽工作频率高，效率高，调制带宽较宽;喇曼纳斯型衍射效率低，只限于低频工作（低于喇曼纳斯型衍射效率低，只限于低频工作（低于10MHz)，带宽有限，带宽有限;声光波导调制器声光波导调

32、制器2.2.3 声光限制器件的主要特性参数一、一、声光衍射效率声光衍射效率 衍射效率定义为输出衍射光的强度相对于入射光强度的衍射效率定义为输出衍射光的强度相对于入射光强度的比值，用百分数表示。比值，用百分数表示。提高布喇格声光调制器衍射效率的途径：提高布喇格声光调制器衍射效率的途径：选择声光性能指数的声光介质，选择声光性能指数的声光介质，声光介质的长度足够长而宽度窄和适当增加声功率。留声光介质的长度足够长而宽度窄和适当增加声功率。留意：功率过高会导致器件过热，从而影响器件的工作性能意：功率过高会导致器件过热，从而影响器件的工作性能和牢靠性。和牢靠性。二、调制速度二、调制速度调制速度的描述与声光

33、调制器的调制信号类型有关调制速度的描述与声光调制器的调制信号类型有关脉冲型声光调制器：用脉冲型声光调制器：用上升时间上升时间来描述。来描述。正弦形声光调制器：用正弦形声光调制器：用3dB调制带宽调制带宽来描述。来描述。上上升升时时间间定定义义为为衍衍射射光光强强由由稳稳定定值值的的10%增增加加到到稳稳定定值值的的90%所所须要的时间。须要的时间。声声光光池池的的调调制制度度传传递递函函数数下下降降3dB时时的调制频率的调制频率二、调制速度二、调制速度2.2.3 声光限制器件的主要特性参数 提高声光调制器调制速度的主要途径是减小声波横提高声光调制器调制速度的主要途径是减小声波横越光孔的渡越时间

34、。越光孔的渡越时间。三、声光偏转器的可辨别容量三、声光偏转器的可辨别容量 声光衍射使光的传播方向发声光衍射使光的传播方向发生变更，通过限制输入电信号生变更，通过限制输入电信号的频率，就可以获得不同传播的频率，就可以获得不同传播方向的衍射光，即实现光的偏方向的衍射光，即实现光的偏转。转。2.2.3 声光限制器件的主要特性参数三、声光偏转器的可辨别容量三、声光偏转器的可辨别容量 可辨别点数（容量）。偏转器的可辨别点数与偏转光的可辨别点数（容量）。偏转器的可辨别点数与偏转光的扫描角成比例关系，而与入射光束的发散角成反比例关扫描角成比例关系，而与入射光束的发散角成反比例关系。系。偏转时间。通过声光衍射

35、，光束从一个偏转方向转移到偏转时间。通过声光衍射，光束从一个偏转方向转移到下一个偏转方向的切换时间就是偏转时间。偏转时间就下一个偏转方向的切换时间就是偏转时间。偏转时间就等于声波渡越时间。等于声波渡越时间。还有声光移频器的特性、光谱辨别率、角孔径等主要还有声光移频器的特性、光谱辨别率、角孔径等主要技术参数，大家自行。技术参数，大家自行。p应用在激光谐振腔系统的应用在激光谐振腔系统的有声光锁模、声光有声光锁模、声光Q开关和开关和腔倒空技术腔倒空技术；p应用在信号处理系统的有应用在信号处理系统的有雷达、电子对抗和光通信的雷达、电子对抗和光通信的声光信号处理技术声光信号处理技术；p应用在光学高精度传

36、感系统的有应用在光学高精度传感系统的有光学陀螺、水听器和光学陀螺、水听器和干涉系统的技术干涉系统的技术；p应用在激光技术系统的有应用在激光技术系统的有文字、图像和其它信息处理文字、图像和其它信息处理技术技术。2.2.4 声光器件的应用第三节磁光限制器件第三节磁光限制器件磁光效应是磁光限制器件的物理基础，最重要的磁磁光效应是磁光限制器件的物理基础，最重要的磁光效应是法拉第旋转磁光效应：使一束偏振光的偏振方光效应是法拉第旋转磁光效应：使一束偏振光的偏振方向发生旋转，旋转角度与外磁场强度呈正比。向发生旋转，旋转角度与外磁场强度呈正比。磁光体调制器磁光体调制器第三节磁光限制器件第三节磁光限制器件磁光波

37、导模式转换调制器磁光波导模式转换调制器2.3.1 磁光隔离器磁光隔离器磁光隔离器简称光隔离器，又称光单向器，作用是磁光隔离器简称光隔离器，又称光单向器，作用是用来隔离光通道中反向传输的干扰光。用来隔离光通道中反向传输的干扰光。一、光隔离器的工作原理一、光隔离器的工作原理 入射入射A线偏振光沿磁光材线偏振光沿磁光材料的磁化强度料的磁化强度M方向，正向通方向，正向通过产生一法拉第旋转角过产生一法拉第旋转角，使光，使光的偏振态变为的偏振态变为B。当偏振态为。当偏振态为B的偏振光反向通过该元件时，的偏振光反向通过该元件时，其偏振态将不再变为其偏振态将不再变为A,而接着而接着旋转旋转 变为偏振态变为偏振

38、态C这样，这样，C的的偏振方向与偏振方向与A成成2 角这就是法角这就是法拉第效应的非互易性。拉第效应的非互易性。2.3.1 磁光隔离器磁光隔离器光隔离器的结构光隔离器的结构依据马吕斯定律，经磁光材料传输后的光强度为依据马吕斯定律，经磁光材料传输后的光强度为:由此可得正向传输输出光强由此可得正向传输输出光强反向传输输出光强反向传输输出光强从而达到正向通过，反向隔离的目的。从而达到正向通过，反向隔离的目的。二、光隔离器的主要参数二、光隔离器的主要参数(1）插人损耗）插人损耗 定义为正向出射功率定义为正向出射功率PF与正向输入功率与正向输入功率P之比，用分贝之比，用分贝表示为：表示为：(2)反向损耗

39、（又称隔离度）反向损耗（又称隔离度）定义为反向出射功率定义为反向出射功率PR与反向入射功率与反向入射功率P之比，用之比，用分贝表示为分贝表示为典型值为典型值为0.5dB,50dB 正向入射到隔离器中的光功率和沿输入路径返回隔离正向入射到隔离器中的光功率和沿输入路径返回隔离器输入端口的光功率之比。器输入端口的光功率之比。主要由磁光材料的光学性质不匀整产生一些其他因素，例主要由磁光材料的光学性质不匀整产生一些其他因素，例如光源的谱线宽度或相千长度、零件的相互靠近程度及其如光源的谱线宽度或相千长度、零件的相互靠近程度及其表面光滑程度等也会影响到光隔离器的回波损耗。表面光滑程度等也会影响到光隔离器的回

40、波损耗。偏振相关损耗，偏振相关损耗，20nm光隔离器覆盖确定的工作波长范围。光隔离器覆盖确定的工作波长范围。三、光隔离器的探讨方向三、光隔离器的探讨方向(1）与其他光器件的集成）与其他光器件的集成(2）宽带工作特性的探讨）宽带工作特性的探讨 当前国内外产品插人损耗当前国内外产品插人损耗0.5dB,反向隔离度反向隔离度40dB,中心波长中心波长1 550nm的工作带宽仅有的工作带宽仅有+15-+30nm;宽带高速大容量光通信及宽带波分复用等要求有更宽的宽带高速大容量光通信及宽带波分复用等要求有更宽的工作频带，因此须要将隔离器的带宽扩展到工作频带，因此须要将隔离器的带宽扩展到+50nm;(3）宽温

41、特性的探讨）宽温特性的探讨 最最佳佳性性能能在在室室温温25,工工作作温温度度区区域域0-50，但但实实际际工工程程环环境境往往往往遇遇到到很很大大温温差差变变更更。为为此此，要要求求供供应应在在宽宽温温差差范范围围内内高高性性能能的的光光隔隔离离器器，有有时时要要在在陆陆地地上上供供应应环环境境温度温度-30-+80范围内工作性能好的光隔离器范围内工作性能好的光隔离器.三、光隔离器的探讨方向三、光隔离器的探讨方向(4)低色散特性探讨低色散特性探讨 器件运用的材料和光路应当使光信号色散小。器件运用的材料和光路应当使光信号色散小。(5）抗环境强磁场和强电磁辐射干扰的实力）抗环境强磁场和强电磁辐射

42、干扰的实力 由于光隔离器是一个利用磁场和材料磁性工作的器由于光隔离器是一个利用磁场和材料磁性工作的器件，一旦环境中有强磁场干扰，器件的功能就会被破坏，件，一旦环境中有强磁场干扰，器件的功能就会被破坏，有失去作用的危急，特殊是在光传播方向的纵向磁场干有失去作用的危急，特殊是在光传播方向的纵向磁场干扰尤为突出。在测量和结构设计时应考虑提高抗干扰实扰尤为突出。在测量和结构设计时应考虑提高抗干扰实力。力。(6）抗恶劣环境影响的实力）抗恶劣环境影响的实力(7)提出新的原理、新的结构实现光的单向传输提出新的原理、新的结构实现光的单向传输 四、光隔离器的类型四、光隔离器的类型1.组合光隔离器组合光隔离器2.

43、磁敏光纤型光隔离器磁敏光纤型光隔离器3.波导型光隔离器波导型光隔离器 五、光隔离器的典型应用五、光隔离器的典型应用2.3.2 磁光环形器磁光环形器 磁磁光光环环行行器器（以以下下简简称称光光环环行行器器）可可以以在在一一根根光光纤纤内内传传输输两两个个不不同同方方向向的的信信号号，是是一一种种多多端端口口非非互互易易无无源源器器件件，通通常常具具有有三三个个或或四四个个端端口口，其其中中以以四四端端口口光光环环行行器器较较为为常常见。见。光环行器有一个环路，其作用与光隔离器类似，光环行光环行器有一个环路，其作用与光隔离器类似，光环行器的光束沿正向环行的端口间导通，反向环行截止（隔离）器的光束沿

44、正向环行的端口间导通，反向环行截止（隔离）.p当光信号从环路的某一个端当光信号从环路的某一个端口输人时，在器件中只能沿口输人时，在器件中只能沿规定的依次传输例如规定的依次传输例如1 2 3 4 1;p当光信号的传输依次变更时当光信号的传输依次变更时（例如（例如21或或42等等），等等），则衰减特别大，因此可实现则衰减特别大，因此可实现信号的隔离。信号的隔离。光环行器的应用光环行器的应用1.用于复用解复用器用于复用解复用器两路复用两路复用/解复用解复用在在0.3 nm的通道间隔的通道间隔下，串音小于下，串音小于-15 dB光纤光栅和光环行器的单路分插复用器光纤光栅和光环行器的单路分插复用器光环行器的应用光环行器的应用2.环行器用于光分插复用器环行器用于光分插复用器