光电信号的变化&检测技术PPT文档(完整版)课件.ppt

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1、第八章 光电信号的变化检测技术本章内容时变光信号的直接检测简单光学目标形位检测复杂光学图像扫描检测重点内容光通量的幅度测量光学目标的定义分类最简单的直线扫描难点内容最简单的直线扫描第一节 时变光信号的直接检测一般光电系统所处理的输入信号是辐射光通量的变化（光谱分析、偏光分析、成像分析等），因此，光信号的直接检测，就是光通量的测量。可以分为振幅型的，频率型的相位型的。它们测量条件（直流或变化缓慢地信号采用振幅型，时间脉冲信号多采用其他两种），测量误差（振幅测量相对误差为102104，频率测量相对误差为106108）不尽相同。一、光通量的幅度测量（一）单通道测量系统1、定义：被测光通量沿单一光学通

2、道传送到光电接收器的系统通称为单通道测量系统。2、原理：由辐射源产生的光辐射通量经过置于光路上的被测样品或标准样品的部分吸收或散射，出射到接收器的光敏面上。利用光电转换信号放大器可以测量出载有信息的光通量，最后由指示电表显式记录下被测量的结果。3、测量方法（1）直读法被测样品光电接收器放大器电表SIKM0II0II轮流放置标准样品对电表值进行标定，然后将被测样品放在光路中，即可由电表的指示直接得到被测样品的透过率值。转角示值检测器电流灵敏度放大器增益电表传递系数透过率光通量（2）指零法电路部分不用于读数，而只是用作电表的指零，使被测量与已知量进行比较测量。它可以消除由于辐射光通量，光检测器放大

3、器工作参数不稳定造成的影响，只取决于读数装置的精度指零装置的零位漂移。起偏器检偏器放大电表样品光电接收MSIK0 x0首先，检偏器的偏振面相对起偏器转成90，此时检测器光敏面上的光通量为零。在偏振器之间放置具有偏光性质的被测样品，它引起偏振面的旋转增大了透过光的数值，借助于指示表可以观察到相对于零位的偏差。如转动检偏器，重新使电表指零，则检偏器的转角等于由被测样品引起的偏振面的转角。（二）双通道测量系统光辐射源光检测器标准样品被测样品反射镜透镜放大器1、差动法可变透过率的光屏（沿着各截面镀有吸收率不同膜层的玻璃平板）伺服电机指针机构差动放大器在装被测样品之前，光屏处于最大吸收位置，并使两通道的

4、输出光通量相等，处于平衡状态。当插入被测样品之后，测量通道的光通量减小。此时，若移动光屏改变透过率值使光屏上透过增大恰好等于被测样品的吸收值，这就可以使两个通道重新达到平衡。光屏的移动或指针的位置就是被测透过率的量度值，并在两通道的输出光通量相等时读出。两个通道的光通量分别由检测器接收，由差动放大器得到增益。放大器输出电压接到伺服电机的控制绕组上，当两个通道的光通量不等时，放大器的输出端产生控制电压使电机轴转动带动光屏移动，一直到输出电压为零停止。从上式可看出比例因子K0与入射光通量无关，从而减少了光辐射源的不稳定对测量误差的影响。它的这种补偿作用是由于它的入射光通量是以同样的效果影响两个通道

5、，而它们的差值在准确平衡的条件下接近于零，因而对测量结果无影响。八象限的半导体光电探测器；确定物体中心位置的方法，U(t)=KSf(v1*t)因而逐渐被人们所重视。相对于声波波前以B 入射的波导光波穿过输出棱镜时，得到与入射光束成2B 角的1级衍射光。它的中央开有直径和入射光束直径相同的光孔。量化就是把抽样后的脉幅调制波作分级取“整”处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。上述电光晶体和双折射晶体就构成了一个一级数字扫描器，入射的线偏振光随电光晶体上加和不加半波电压而分别占据两个“地址”之一，分别代表“0”和“l”状态。采用两个接收光路的双通道结构。（三）扫描调制极值检测s：是单位长度饱和法

6、拉第旋转角；（三）扫描系统的分类工作参数半导体光电位置传感器等。s：是单位长度饱和法拉第旋转角；它的横向尺寸确定了物方的测量范围。它们一般是先进行电调制，再对光载波进行光强度调制。2、比较法不采用差动放大器接收而用组成电桥的光敏电阻作为光电接收器，我们称其为比较测量法。它同样具有抑制共模扰动的作用。3、交替比较法采用一个光电接收器接收，并在光路中加有交替装置，例如：带有光孔的不透明转盘和带缺口的反射镜。二、光通量的频率测量（一）波数测量干涉条纹光强以2/为周期变化，也就是当x移动2/长度时引起一个周期的变化。如将变化的周期数用波数N来表示，可得位移x波数N的关系为x迈克耳逊干涉仪干涉条纹计数通

7、过测量光通量随时间变化的周期数来检测被测值得方法称作波数测量或波形计数。在一般情况下，波数测量是将由被测量x引起的周期变化的光通量光电转换为电脉冲，再用电子计数器来计数波数的变化N，最后根据公式计算出测量结果x。x=m0N式中m0称脉冲当量，表示单位波数变化对应的被测值。（二）频率测量移动。v如将被测物体安装在测量臂上，并以速度则它移动了/2距离的时间为 T=/2v=1/f故 v=/2 f我们可看出，运动速度与光通量的变化频率成正比，只要测得光通量的变化频率即可计算出所需的运动速度。三、光通量的相位时间测量（一）相位测量相位法光波测距D协作靶的反射镜光电接收器LD辐射光波初始相位于激励电压U0

8、相同，若经t（光波来回）时间后，则相位改变为 =2fc/2D如设辐射光通量变化一周光波传播距离为Lc/f，则有 D=L/2n/2其中，L/2n称作测尺长度，它与相对相位差/2的乘积即为被测距离。（二）时间测量利用周期性光通量变化的时间周期或单个光脉冲间的时间间隔来测量信息方法。脉冲激光测距仪或激光雷达功率为几瓦的激光器被测目标接收系统主波脉冲回波脉冲的时间差。D=c/2fN=KNK为测距脉冲当量，N为计数值。第三节 简单光学目标的形位检测光学目标：不考虑被测对象的物理本质，只把它们看作是与背景间有一定光学反差的几何形体或图形景物。分为简单光学目标复杂图形景物。应用：大尺寸工件的安装与加工、高速

9、公路钢轨的自动铺设、地下隧道的自动掘进等工程的自动准直测量；小尺寸测量中的目标对准位置偏移测量；激光制导等。一、几何中心检测法（一）定义：光学目标其衬底间的光学反差构成了物体的外形轮廓，轮廓尺寸的中心位置称作它的几何中心（G0）。其坐标为xG0=1/2(x1+x2)通过测量物体的轮廓分布确定物体中心位置的方法，称作几何中心检测法。x1x2xG0（二）像分析像分析器1、像分析：通过分析被测物体在像面上的几何中心相对于像面基准的偏移情况，从而确定该物体在空间位置的方法。2、像分析器：（1）定义：一种能将几何形位信息调制到载波光通量上形成光学调制的调制器，是几何量转换成光学量的G/O变换器。（2）基

10、本原理：将被测物体的光学像相对于像面基准的几何坐标变换为通过该基准某一取样窗口的光通量，通过检测该光通量的变化来解调出物体的坐标位置。（3）典型的像分析器双通道差分调制式像分析器采用两个接收光路的双通道结构。其光路和工作原理图见下页。O,SG/O物空间象空间光信号光学系统调制器B(x,y,t)E(x,y,z,t)(a1,a2,an)0狭缝1狭缝2分光元件3(a)3l/2l l/20l/2l3l/2xU1-U(b)双通道差分调制式像分析器工作原理图在像面上共轭地放置两个狭缝1和2，通过分光元件3得到的两个线像分别成像于狭缝面上，狭缝中心距等于线像宽，两个狭缝的定位特性具有类似的形状，如上图。将两

11、狭缝后的各自光电接收电路差分连接，则检测器的差分输出可利用非线性图解法得到。在线性区内，定位特性可表示为 ，其中，E0为照明光强，h为狭缝高，x为线像中心相对狭缝中心的偏移量。然后利用相敏检波方法即可分离出被检测的位置偏移。单通道扫描调制式像分析器此种装置在成像光路增设了周期振动的光学零件或振动狭缝，使像面上的目标像相对狭缝作周期振动。这时透过狭缝的光通量形成随时间周期性变化的光载波。目标像的位移信息将由于像分析而调制到载波上去，从而产生各种调制的光信号。这种使目标像和测光窗口之间相对扫描运动的像分析器称做扫描调制型像分析器。（三）扫描调制极值检测被测钢带的边缘通过镜头成像于光栏上。它的横向尺

12、寸确定了物方的测量范围。转筒上刻有通光狭缝，其间隔与光栏长度相等，以形成等间隔的光脉冲。钢带边缘的像位置可对光脉冲进行脉宽调制，最后由光电元件接收。解调出脉宽调制函数即可确定钢带边缘的位置变化。带狭缝转筒的扫描调制系统镜头光栏光电元件转筒钢带D二、亮度中心检测法一）定义光学目标的亮度分布是光辐射能量沿空间分布。将物体按辐射能量相等的标准分割为两部分，起中心位置称作亮度中心。通过测量目标物空间的亮度分布相对应的像空间照度分布，确定目标能量中心位置的方法称作亮度中心检测法。二）原理将来自被测目标的光辐射通量相对于系统的测量基准轴分解到不同坐标象限上，再根据这些图像在各象限伤能量分布的比例，检测出目

13、标的亮度中心位置。这种确定目标空间位置的方法称作象限分解法。实现辐射通量按坐标象限分界采用的方法：光学像分解；利用象限检测器。（一）光学像分解在光学系统中附加各种分光元件使入射光束分布向确定的不同方向传播，再在各自终端安装上有单一光敏面的光电元件。1、光学零件：正四面反射锥体：入射光束以锥尖为坐标原点将光束分解为直角坐标的四个象限。光导纤维束：一束输入端位于物镜焦面上的光导纤维束，光纤束按截面的位置分为四个分束，每一个分束的输出端装置在光电接收器的敏感面上。2、分解方式中心孔式：测量光束1的一部分经空心四棱锥体3的顶端中心孔射向后置的反射锥体5上。中心孔直径小于光束直径。当光束有一定倾角时，透

14、过中心孔的光束以不同比例被反射体5分解。并由光电元件4接收，产生x和y的偏角信号。入射光束在中心孔以外的部分经空心锥体反射，由四象限上布置的光电元件2形成x和y向的偏移信号。12345分光式：基准光束1透过半反射棱镜2在四象限光电池4上形成x、y方向的偏移信号。反射的光束经反射镜3投射到四象限光电元件5上形成的x和y偏角信号。12435反射式：光电元件2的光敏面与输入光束相背布置。它的中央开有直径和入射光束直径相同的光孔。穿过光孔透过半透明反射镜3，由光电元件4产生x、y方向偏移信号。反射部分的光束由光电元件2接收，形成的x和y偏角信号。1234全息分光式：基准光束1采用激光，经全息片2衍射为

15、三个方向。其中直射光分量射向光电元件6，产生x、y向偏移信号。根据全息照相原理，在3的方向形成会聚的光束，在7的方向形成平行的衍射光束。可以分别设置光电元件4和8，根据光点的位置计算出x和y偏角信号。12783456（二）象限探测器象限探测器有多种形式，如：二象限、四象限的光电池光敏电阻；四象限的光电倍增管；八象限的半导体光电探测器；楔环状独立光敏面的半导体探测器；阵列式光电池；半导体光电位置传感器等。象限探测器是在同一块芯片上制成两或四个探测器，中间有沟道将它们隔开，因而这两或四个探测器有完全相同性能参数。当被测体位置发生变化时，来自目标的辐射量使象限间产生差异，这种差异会引起象限间信号输出

16、变化，从而确定目标方位，同时可起制导、跟踪、搜索、定位等作用。1、四象限探测器四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图1。一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或角来。2、光电位置传感器半导体光电位置传感器PSD(Position Sensitive Device)是一种

17、基于横向光电效应的光电位置敏感探测器。它是一种新型的半导体位置敏感探测器,除了具有光电二极管阵列和CCD的定位性能外,还具有灵敏度高、分辩率高、响应速度快和电路配置简单等特点。因而逐渐被人们所重视。PSD的发展趋势是高分辨率、高线性度、快响应速度及信号采集处理等多功能集成。PSD可用于精密尺寸、三维空间位置和角度的测量,是近程(10m以内)实时测量飞行器位置和距离的极佳器件,如空中加油机等空间飞行器对接中可精确提供目标的相对位置、距离及角度姿态;空间光通信中位置误差信号的提取等。随着光电子技术和MEMS技术的结合,集成PSD器件系统的应用将更加广泛。如图：当入射光点照在光敏面上时由于光生载流子

18、的流动产生光生电流I，经运算后即可知光点的位置。第四节 复杂光学图像的扫描检测一、扫描的基本原理分类（一）光学图像的扫描光电扫描技术：只用一个窄视场的光学系统一个光电检测通道。当使该装置按一定的时间顺序轨迹串行逐点扫视目标物象空间的各点时，能获得瞬时值与被测目标的光学参数成比例的时序电信号，这个过程称作扫描。反之，在扫描过程中用图像电信号调制扫描光点的瞬时发光值可以得到再现的光学图像。（二）最简单的直线扫描I0(x)X1=v1*tSE1(x1)(t)=SE1=Sf(x1)=Sf(v1*t)kkbB(t)=KbKSf(v1*t)U(t)=KSf(v1*t)采集部再现部E2(x2,t)=KEKbK

19、Sf(v1/v2x2)Kf(v1/v2x2)S为光栏截面积，K为光电转换系数，Kb为电光转换系数，KE为光度变换系数,K为灰度变换因子。被测物体经光学系统在成像在像面上，在像面上设置带有取样光栏的光电检测元件组成的扫描单元沿像面与时间成正比地作锯齿形直线运动，取样光栏截取扫描某处的部分像面光强，得到光通量，经光电转换得到时序电信号，这样扫描单元实现了被测图像光强分布的空间时间光量电量的变换。这个过程同时也是图像数据的采集过程。然后，将图像电信号经过传输线送到再现端。在这里，发光器件在电信号激励下产生随图像信号变化的发光亮度；当发光器件连同透光光栏作扫描运动时，在再现光屏上形成随时间位置变化的照

20、度分布。（三）扫描系统的分类工作参数1、分类：见P211;2、基本参数：扫描周期TK：扫描给定视场并使扫描线恢复初始位置所需的时间；扫描线密度d空间分辨率F：扫描装置能分辩的最小宽度称作扫描线密度；能分辩的单位长度内的最高黑白线对数称作空间分辨率。扫描变换的直线性动态范围：输出图像信号的几何畸变灰度畸变低于容许限度内的最大输入光度输出电平；图像信号的频带宽度：取决于扫描线宽扫描频率；扫描数据率：在单位时间内扫描装置所能发送的图像数据总数；扫描精度：时序的图像信号与图像的光密度空间分布的正确对应关系。二、光束的调制（一）光束调制原理 要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题

21、，这种将信息加载于激光的过程称为调制，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。1、光束调制的分类实现激光束调制的方法，根据调制器与激光器的关系可以分为内调制(直接调制)和外调制两种。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。外调制是指激光形成之后，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，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及强度调制等。（1）振幅调制 振幅调制就是载波的振幅随调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅

22、。若调制信号是一时间的余弦函数，即调幅波的表达式为调幅波的频谱为频谱由三个频率成分组成，第一项是载频分量，第二、三项是称为边频分量。t2mc-m c c+m AcmaAc/2maAc/2图1 调幅波频谱（2）频率调制和相位调制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，因此统称为角度调制。对频率调制来说，就是其中的角频率c随调制信号变化则调制波的表达式为 同样，相位调制就是 相位角c随调制信号的变化规律而变化，则调相波的表达式为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应用三角公式，展开得可见，在单频余弦波调

23、制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布的无穷多对边频组成。（3）强度调制强度调制使光载波的强度(光强)随调制信号规律变化的激光振荡，如图2所示。光束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强。光束强度定义为光波电场的平方 于是，强度调制的光强可表示为 仍设调制信号是单频余弦波，则I(t)t调制信号 载波图2 强度调制以上几种调制方式所得到的调制波都是一种连续振荡波，统称为模拟调制。（4）脉冲调制目前广泛采用一种不连续状态下进行调制的脉冲调制和数字式调制(脉冲编码调制)。它们一般是先进行电调制，再对光载波进行光强度调制。脉冲调制是用间歇的周期性脉冲序列作为

24、载波，并使载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。即先用模拟调制信号对一电脉冲序列的某参量(幅度、宽度、频率、位置等)进行电调制，使之按调制信号规律变化，成为已调脉冲序列，如图3所示。然后再用这已调电脉冲序列对光载波进行强度调制，就可以得到相应变化的光脉冲序列。脉冲调制有脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、脉冲频率调制和脉冲位置调制等。(a)调制信号(b)脉冲幅度调制(c)脉冲宽度调制(d)脉冲频率调制(e)脉冲位置调制图3 脉冲调制形式这种调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化和编码。抽样。抽样

25、就是把连续信号波分割成不连续的脉冲波，用一定的脉冲列来表示，且脉冲列的幅度与信号波的幅度相对应。也就是说，通过抽样，原来的模拟信号变成一脉幅调制信号。按照抽样定理，只要取样频率比所传递信号的最高频率大两倍以上，就能恢复原信号。量化。量化就是把抽样后的脉幅调制波作分级取“整”处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。经抽样再通过量化过程变成数字信号。编码。编码是把量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程。即用一组等幅度、等宽度的脉冲作为“码子”，用“有”脉冲和“无”脉冲分别表示二进制数码的“1”和“0”。再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加到一个调制器上，以控制激光的输出，由激光载波的极大值

26、代表二进制编码的“1”，而用激光载波的零值代表“0”。这种调制方式具有很强的抗干扰能力，在数字激光通信中得到了广泛的应用。（二）电光调制以KDP电光晶体为例讨论电光调制的基本原理和电光调制器的结构。1.电光强度调制利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制，本节主要讲利用纵向电光效应得纵向电光调制器及其工作原理。纵向电光强度调制起的结构如图4所示。B是一比例系数，它取决于波导的有效折射率neff等因素。带狭缝转筒的扫描调制系统目前广泛采用一种不连续状态下进行调制的脉冲调制和数字式调制(脉冲编码调制)。当使该装置按一定的时间顺序轨迹串行逐点扫视目标物象空间的各点时，能获得瞬时值与被测目标

27、的光学参数成比例的时序电信号，这个过程称作扫描。它的这种补偿作用是由于它的入射光通量是以同样的效果影响两个通道，而它们的差值在准确平衡的条件下接近于零，因而对测量结果无影响。（二）像分析像分析器式中m0称脉冲当量，表示单位波数变化对应的被测值。当发光器件连同透光光栏作扫描运动时，在再现光屏上形成随时间位置变化的照度分布。将来自被测目标的光辐射通量相对于系统的测量基准轴分解到不同坐标象限上，再根据这些图像在各象限伤能量分布的比例，检测出目标的亮度中心位置。因而逐渐被人们所重视。可变透过率的光屏（沿着各截面镀有吸收率不同膜层的玻璃平板）扫描数据率：在单位时间内扫描装置所能发送的图像数据总数；声光布

28、喇格衍射型波导调制器结构示意图如图所示。进入晶体后被分解为沿x和y方向的两个分量，其振幅和相位都相同，分别为入射光P1IixyzxyP2Io调制光VL起偏器/4波片检偏器图4 纵向电光强度调制入射光强度为 通过长度为L的晶体之后，和 两个分量之间产生了一相位差，则有 那么，通过检偏器后的总电场强度是 和 在y方向的投影之和：与之相应的输出光强为调制器的透过率光强调制特性曲线如图所示。50100透 过 率(%)0透射光强时间电压调制电压VV/22、电光相位调制图5所示的是一电光相位调制的原理图，它由起偏器和电光晶体组成。外电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位。入射光偏振器调制光VLxyz图5

29、 电光相位调制原理图3、电光波导调制器 x(a)z(c)y(b)l电极LiNbO3衬底+y(b)z(c)电极LiNbO3衬底光波导电力线 LiNbO3电光波导相位调制器结构示意图4、电光波导强度调制：电光波导强度调制器的结构类似于马赫一曾德（MZ）干涉仪。MZ干涉型调制器示意图如图所示。假定在波导的输入端激励一TE模，在外加电场的作用下，在分叉的波导中传输的导模由于受到一大小相等、符号相反的电场Ec的作用（因为两分支导结构完全对称），则分别产生 和 的相位变化。在输出的第二个分叉汇合处，两束光相干合成的光强将随相位差的不同而异，从而获得强度调制。x(a)z(c)y(b)lVVLiNbO3衬底波

30、导 干涉仪型电光波导强度调制器（三）声光调制1、声光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种物理过程。调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电-声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。2、类型入射光衍射光调制信号(a)调制信号衍射光入射光(b)图2 声光调制器：(a)拉曼-纳斯型；(b)布喇格型3、声光波导调制器声光布喇格衍射型波导调制器结构示意图如图所示。相对于声波波前以B 入射的波导光波穿过输出棱镜时，得到与入射光束成2B 角的1级衍射光。其光强为：在电场作用下导波光通过长度为L

31、距离的相位延迟；B是一比例系数，它取决于波导的有效折射率neff等因素。表明，衍射光强I1随电压V的变化而变化，从而可实现对波导光的调制。idks入射光衍射光L声表面波电声换能器波导层y切割LiNbO3衬底 声光波喇格波导调制器（四）磁光调制 磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转。1、磁光体调制器磁光体调制器的组成如图5所示。为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，

32、旋转角正比于磁场强度H。s：是单位长度饱和法拉第旋转角；是调制磁场。如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光。zzHdc45入射光起偏器调制信号检偏器YIG棒图5 磁光调制示意图2、磁光波导调制器我们以磁光波导模式转换调制器为例讨论磁光波导调制器的原理。图6所示为磁光波导模式转换调制器的结构，圆盘形的钆镓石榴石（Gd3Ga5O12-GGG）衬底上，外延生长掺Ga、Se的钇铁石榴石（YIG）磁性膜作为波导层。在磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，当电流通过蛇形线路时，蛇形线路中某一条通道中的电流沿y方向，则相邻通道中的电流沿y方向，该电流可产生z、z方向交替变化的磁场，磁性薄膜内便

33、可出现沿z、z方向交替饱和磁化。蛇形磁场变化的周期为：TE模和TM模传播常数之差。可将输入TM模的（m）52%的功率转换到TE模上去。磁光波导模式转换调制器的输出耦合器一般使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的TE和TM模分成两条光束。TMTETMxzy图6 磁光波导模式转换调制器三、光束的扫描技术光束扫描技术根据应用目的不同可分为两种类型：一种是光的偏转角连续变化的模拟式扫描，它能描述光束的连续位移；另一种是不连续的数字扫描，它是在选定空间的某些特定位置上使光束的空间位置“跳变”。前者主要用于各种显示，后者则主要用于光存储。1.机械扫描机械扫描技术是目前最成熟的一种扫描方法。如果只需要改变光

34、束的方向，既可采用机械扫描方法。机械扫描技术是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动实现光束扫描。图7所示为一简单的机械扫描原理装置，激光束入射到一可转动的平面反射镜上，当平面镜转动时，平面镜反射的激光束的方向就会发生改变，达到光束扫描的目的。机械扫描方法虽然原始，扫描速度慢，但其扫描角度大而且受温度影响小，光的损耗小，而且适用于各种光波长的扫描。因此，机械扫描方法在目前仍是一种常用的光束扫描方法。它不仅可以用在各种显示技术中，而且还可用在微型图案的激光加工装置中。入射光束扫描光束反射镜图7 机械扫描装置示意图2、电光扫描电光扫描是利用电光效应来改变光束在空间的传播方向，其原理如图8所示。Ld

35、BAyxBA光束的偏转方向图8 电光扫描原理图光束沿y方向入射到长度为L，厚度为d的电光晶体，如果晶体的折射率是坐标x的线性函数，即 用折射率的线性变化 代替了 那么光束射出晶体后的偏转角 可根据折射定律求得。设 则 式中的负号是由坐标系引进的，即 由y转向x为负。hn+nn-nn+nn-nxy多级棱镜扫描器3、电光数字式扫描。它是由电光晶体和双折射晶体组合而成，其结构原理如图9所示。图中S为KDP晶体，B为方解石双折射晶体（分离棱镜），它能使线偏振光分成互相平行、振动方垂直的两束光，其间隔 b为分裂度，为分裂角（也称离散角）。上述电光晶体和双折射晶体就构成了一个一级数字扫描器，入射的线偏振光

36、随电光晶体上加和不加半波电压而分别占据两个“地址”之一，分别代表“0”和“l”状态。若把n个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n级数字式扫描。图10所示为一个三级数字式扫描器，使入射光分离为23个扫描点的情况。入射光rSBV/2eod图9 数字式扫描原理S1 B1 S2 B2 S3 B3 S1 S2 S21 0 00 1 01 1 10 0 11 0 10 1 11 1 00 0 0图10 三级数字式电光扫描器4、声光扫描声光扫描器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于调制器是改变衍射光的强度，而扫描器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向。id声频为fs+fs的衍射光声频为fs的衍射光idOkskskdkiBA 声光描器原理图感谢观看感谢观看