激光调制修改.pptx

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1、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：第1页/共65页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：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：第2页/共65页产生无数多个边频，当m很小时，边频数量减少。第3页/共65页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，即先用低频信号对一高频副载波进行频率调制，然后

2、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。第4页/共65页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。第5页/共65页脉冲编码调制（采样、量化、编码）脉冲编码调制（采样、量化、编码）5.脉冲编码调制（数字调制）第6页/共65页1.1.光在晶体中的传播光在晶体中的传播（1 1）晶体的极化率与介电系数晶体的极化率与介电系数介质极化强度介质极化强度P与入射光与入射光E的关系的关系：极化率 成为二阶张量，具有九个分量：于是于是 各向异性晶体中P 每一个分量都与E的三个分量存在着

3、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 电光调制第7页/共65页选择坐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：折射率：低低级级晶晶族族3 3个个分分量量不不相相等等，中中级级晶晶族族有有2 2个个相相等等，高高级级晶晶族族3 3个都相等。个都相等。第8页/共65页确定两个允许传输波的确定两个允许传输波的偏振方向及其相速度。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：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为沿三个轴的主折射率（2）折射率椭球 方程

4、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：l 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。l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。第9页/共65页单轴晶体折射率椭球：单轴晶体折射率椭球：取取光光轴轴为为z轴轴，沿沿x、y轴轴的的主主折折射射率率相相等等，说说明明xoy平平面面内内的的D、E方方向向一一致致，与与各各向向同同性性介介质质中中光光波波性性质质一一样样，称称寻寻常常光光，相相应应主主折折射射率率为为寻寻常常折折

5、射射率率，记记为为no；沿光轴的主折射率称非常折射率，记为；沿光轴的主折射率称非常折射率，记为ne zyxzyxOO(a)正单轴晶体 (b)负单轴晶体 单轴晶体折射率椭球第10页/共65页单轴晶体折射率椭球特性：单轴晶体折射率椭球特性：（a a）xoy平面与平面与椭球截面是一个圆，椭球截面是一个圆，其半径为其半径为no。表表明明当当光光波波沿沿着着z轴轴方方向向传传播播时时，即即ki平平行行于于光光轴轴时时，只只存存在在一一种种折折射射率率no，光光波波偏偏振振方方向向取取垂垂直直于于Z轴轴的的任任何何方方向，折射率相等，向，折射率相等，不产生双折射不产生双折射。z轴即单轴晶体光轴。轴即单轴晶

6、体光轴。（b）xoz、yoz平平面面，或或其其它它含含z轴轴的的椭椭球球截截面面为为一一椭椭圆圆，其两半轴长度分别为其两半轴长度分别为 、。表表明明当当光光垂垂直直于于z轴轴入入射射(ki垂垂直直于于光光轴轴，处处于于xoy平平面面内内)时时，可可允允许许两两个个彼彼此此正正交交的的线线偏偏振振光光传传播播，其其中中一一个个光光波波偏偏振振方方向向平平行行于于光光轴轴、折折射射率率为为 ，另另一一光光波波偏偏振振方方向垂直于光轴、折射率为向垂直于光轴、折射率为 。第11页/共65页（c c）当）当k ki i 与与z z轴夹角为轴夹角为 时，通过原点时，通过原点O O垂直于垂直于k ki i

7、的平面的平面与椭球的与椭球的截面为一椭圆截面为一椭圆，其长、短轴为允许的偏振方向，其长、短轴为允许的偏振方向，对应于两种本征光波：对应于两种本征光波：寻常光寻常光：偏振方向与：偏振方向与SOZSOZ平面垂直，折射率及相速与平面垂直，折射率及相速与 无无关，折射率关，折射率n no o称寻常折射率。称寻常折射率。非常光非常光：偏振方向在：偏振方向在SOZSOZ平面内，平面内，折射率折射率n ne e()满足方程：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任意方向传播的双折射第12页/共65页2.电光效应电光效应电光效应：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

8、，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。电光效应弛豫时间很短，仅有10-11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：第13页/共65页（1 1）泡克尔斯）泡克尔斯(Pockels)(Pockels)效应效应 与克尔与克尔(Kerr)(Kerr)效应效应 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

9、，称线性介电常数。定义D(E)的斜率为加电场后的介电常数：l 与外加电场的一次方成正比，称为泡克尔斯效应；ln与外加电场平方成正比，称为克尔效应。n第一项大大于后面各项，作泰勒级数展开第一项大大于后面各项，作泰勒级数展开第14页/共65页（2）KDP晶体的线性电光效晶体的线性电光效应应 KDP晶体是人工生长的晶体是人工生长的KH2PO4单轴晶体单轴晶体的简称。的简称。不加外场，折射率椭球为：不加外场，折射率椭球为：外加电场作用后，新的折射率椭球为：外加电场引起了折射率椭球中的后三项，即“交叉项”，这意味着加上电场后，椭球的主轴不再是x、y、z轴，而是有所偏转。新主轴、的方向和大小与E的关系就确

10、定了电场对光传播的影响。第15页/共65页外加电场平行于光轴（外加电场平行于光轴（Z Z轴）：轴）：设新主轴设新主轴 相对旧主轴相对旧主轴 旋转了角度旋转了角度，则，则在新主轴坐标系 中，折射率椭球方程变为：第16页/共65页 结论：结论：(a)施施加加外外场场E3后后，椭椭球球的的xoy截截面面由由圆圆变变为为椭椭圆圆，折折射射率率椭椭球球由由旋旋转转椭椭球球面面变变为为一一般般椭椭球球面面，KDP由单轴晶体变为双轴晶体。由单轴晶体变为双轴晶体。(b)沿 方向偏振的光传播相速度加大，而沿 方向偏振的光传播速度减小，因此 轴称为快轴，轴为慢轴。第17页/共65页（3 3）电光相位延迟）电光相位

11、延迟 以外加以外加电场平行于光轴（电场平行于光轴（Z轴）轴）的的KDP晶体为例，光波晶体为例，光波沿沿z方向传播距离方向传播距离l后，两偏振光之间的相位差为后，两偏振光之间的相位差为 的变化曲线及相应的光场矢量变化情形、第18页/共65页当当相相位位延延迟迟时时，光光场场为为x x方方向向偏偏振振的的线线偏偏振振光光，当当/2/2时时，光光场场为为圆圆偏偏振振光光，当当时时，光光场场又又变成沿变成沿y y方向偏振的线偏振光。方向偏振的线偏振光。与与对对应应的的偏偏振振光光相相对对入入射射光光旋旋转转了了9090，其其相相应应的电压称为的电压称为半波电压半波电压 晶体的电光系数越大，相应半波电压

12、越低晶体的电光系数越大，相应半波电压越低 .通过测量半波电压可以计算出相应的电光系数。通过测量半波电压可以计算出相应的电光系数。第19页/共65页部分晶体的部分晶体的 和和第20页/共65页3.电光强度调制（1）纵向电光强度调制第21页/共65页（1）电光强度调制装置由两块交叉偏振片及其间放置的一块单轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别与x、y轴平行。（2）设某时刻加在电光晶体上的电压为V，入射到晶体的在x方向上的线偏振光电矢量振幅为E0 进入晶体时沿快轴 和慢轴 的电矢量振幅都变为 通过晶体后沿 和 方向的二线偏振光之间的位相差 通过振动方向与 y 轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅分别为

13、，则有：第22页/共65页投影之和为：图图(4-22)I/I0-V曲线曲线第23页/共65页（4）如外加信号电压为正弦电压，则输出光强近似为正弦形，实现无失真调制。（3）画出 曲线的一部分以及光强调制的情形。为使工作点选在曲线中点处，通常在调制晶体上外加直流偏压 来完成，或者插入/4波片，使之产生90度的相位差。应用应用第24页/共65页使用电光调制器的光通信线路 激光器输出为偏激光器输出为偏振光振光第25页/共65页（2）横向电光强度调制第一项表示天然双折射造成的相位差；第二项由电光效应引起，为电光延迟。由第一项确定工作点位置后，根据第二项正比于l/d，恰当选择长宽比，以实现有效的电光调制。

14、消除天然双折射方法：两块晶体串接（消除天然双折射方法：两块晶体串接（Z轴垂直）轴垂直）电压加在电压加在X X方向，入射光沿方向，入射光沿Z Z方向，方向，X X方向偏振；方向偏振；X X、Y Y、Z Z与与晶体边平行。晶体边平行。第26页/共65页横向电光调制可降低半波电压，用两块晶体可消除自然双折横向电光调制可降低半波电压，用两块晶体可消除自然双折射，但结构较复杂。射，但结构较复杂。第27页/共65页4 电光相位调制（1）加电场后，振动方向与晶体的感应主轴相平行的光通过长度为 的晶体，其位相增加为（2）晶体上所加的是正弦调制电场 晶体输入面处的光场是 第28页/共65页式中，为相位调制度（3

15、）则在晶体输出面处的光场可写成 第29页/共65页5.5.波导电光调制器波导电光调制器波导调制器是将具有电光特性的材料做成光波导，调制波导调制器是将具有电光特性的材料做成光波导，调制电场加在通光波导区，可以在很低的外加电压下获得所电场加在通光波导区，可以在很低的外加电压下获得所需的调制场强。需的调制场强。可以通过波导特性，如模式转换、模式耦合、定向耦合可以通过波导特性，如模式转换、模式耦合、定向耦合等特性来实现光的直接强度调制与开关等。等特性来实现光的直接强度调制与开关等。波导调制器具有效率高、体积小、集成度高、易于与光波导调制器具有效率高、体积小、集成度高、易于与光纤耦合等优点。纤耦合等优点

16、。（1 1）M-ZM-Z干涉仪强度调制器干涉仪强度调制器晶 体 材 料 为 铌 酸 锂 晶 体(LiNbO3)，其中的光波导是在晶体上用钛扩散（折射率提高）技术制作的。第30页/共65页电电信信号号加加到到如如图图所所示示的的电电极极上上，来来自自激激光光器器的的连连续续光光波波输输入入到到调调制制器器的的左左端端，然然后后被被均均匀匀地地分分配配到到光光波波导导的的两两个个臂臂中中，两两光光路路长长度度相相等等。由由于于电电光光效效应应，其其折折射射率率及及到到达达输输出出端端的的光光程程差差和和位位相相随随外外加加电电压压的的变变化化而而变变化化，在在时时间间上上发发生生延延迟迟。两两束束

17、光光到到达达输输出出端端后后，经经3 3 dBdB光光耦耦合器耦合在一起由一路光纤输出。合器耦合在一起由一路光纤输出。根据这一原理，即可完成光信号强度随电信号的变化而不断改变的调制过程，即实现强度调制。图中，沿方向切割LiNbO3晶体，光波沿z方向传输，调制电场施加于y方向。设入射光场为 调制电压为调制电压为第31页/共65页外加电场作用下光波产生的相位变化为外加电场作用下光波产生的相位变化为 式中式中L L为调制区间长度。为调制区间长度。从调制臂输出的光场为 式中，为调制深度。此时，经过调制臂的光波相位已经受到调制，在输出端可以得到强度调制的光波信号输出。调制器输出光强为输出光强随信号电压输

18、出光强随信号电压V V变化。变化。第32页/共65页(2)(2)定向耦合器型光波导调制器定向耦合器型光波导调制器M-ZM-Z干涉仪由干涉仪由2 2个个3dB3dB耦合器和耦合器和1 1个移相器组成。个移相器组成。当当电电调调制制信信号号为为空空号号时时，两两支支路路正正好好满满足足N N为为偶偶数数。当当电电调调制制信信号号为为传传号号时时，由由于于电电场场的的加加入入，改改变变了了波波导导的的有有效效折折射射率率，因因而而改改变变传传播播常常数数k k，使使其其正正好好满满足足180180的的附附加加相相移移，由由交交叉态变为直通态。叉态变为直通态。第33页/共65页7.5.3 7.5.3

19、声光调制声光调制 声波的应变场也能改变某些晶体的折射率，产生类似于光栅的光学结构，从而对入射的光波产生调制，这种调制称为声光调制。1 声光衍射（1）声光衍射的定性描述 在晶体中传播的超声波产生弹光效应使晶体的介电常数发生变化，晶体中形成了周期性的有不同折射率的间隔层，当光通过这种分层结构时，就发生衍射，引起光强度、频率和方向随超声场的变化。(a)超声行波 (b)超声驻波 声波在介质中传播分为行波与驻波两 种，所以折射率变化也有两种形式：第34页/共65页（2 2）声光布喇格衍射声光布喇格衍射若若声声波波频频率率较较高高，且且声声光光作作用用长长度度L L较较大大，声声扰扰动动介介质质形形成成“

20、体体位位相相光光栅栅”。当当平平面面光光波波相相对对于于声声波波方方向向以以一一定定角角度度入入射射时时，介介质质内内的的各各级级衍衍射射光光将将互互相相干干涉涉，在在一一定定条条件件下下，各各高高级级衍衍射射光光将将互互相相抵抵消消，只只出出现现0 0级级和和级级(或级或级)衍射光，即产生布喇格衍射衍射光，即产生布喇格衍射。布喇格衍射条件 布喇格角 衍射效率衍射效率第35页/共65页令衍射效率达到令衍射效率达到100，则需要的声强度为：，则需要的声强度为：所需的超声波功率为：所需的超声波功率为：第36页/共65页 对于超声波行波场，声波运动的影响使声光栅移动，从而对于超声波行波场，声波运动的

21、影响使声光栅移动，从而使使衍射光束产生多普勒效应衍射光束产生多普勒效应，则：，则：式中，式中，为光波频率，为光波频率，为声波速度矢量沿光波传播方向的分为声波速度矢量沿光波传播方向的分量，所以有：量，所以有：因此，当声波因此，当声波迎向迎向光波传播时，衍射光频率为光波传播时，衍射光频率为 ；当声波当声波背向背向光波传播时，衍射光频率为光波传播时，衍射光频率为第37页/共65页2.2.声光调制器声光调制器组成：声光晶体、压电换能器、吸声（反射）装置、驱动源。组成：声光晶体、压电换能器、吸声（反射）装置、驱动源。1.1.驱动源驱动源：产生高频信号，由电极加到压电换能器两侧。：产生高频信号，由电极加到

22、压电换能器两侧。2.2.压压电电换换能能器器：将将电电功功率率信信号号转转换换成成超超声声波波，通通过过耦耦合合器器耦耦合合到到声声光光介介质质中中，使使介介质质折折射射率率发发生生变变化化，形形成成光光栅栅。压压电电换换能能器器通通常常由由石石英英晶晶片片或或铌铌酸酸锂锂晶晶片片来来实实现现。厚厚度度十十几几到到几几十微米，频率越高，厚度越薄。十微米，频率越高，厚度越薄。3.3.声声光光介介质质：声声场场和和光光场场相相互互作作用用的的场场所所。需需考考虑虑工工作作波波长长及及品品质质因因素素。常常用用的的有有：铌铌酸酸锂锂（0.5-4.5um0.5-4.5um透透光光）、钼钼酸酸铅铅（0.

23、4-5.5um0.4-5.5um透光）透光）第38页/共65页5.4.3 5.4.3 声光调制声光调制调制特性曲线调制特性曲线 如果声波是载有信息的信号调制的，则衍射光也会受到相同信号的调制。一级衍射光强度：一级衍射光强度：第39页/共65页7.5.4 7.5.4 磁光调制磁光调制1 1 磁光效应磁光效应 当线偏振光沿光轴方向通过某些天然介质时，偏振面旋转的现象称为天然旋光，简称旋光现象。不同介质对光振动矢量的旋转方向可能不同，分为左旋和右旋。对着光线观察，矢量顺时针旋转成右旋，逆时针称左旋。葡萄糖溶液是右旋介质，果糖是左旋介质。（1）旋光效应第40页/共65页（2 2）法拉第效应）法拉第效应

24、 法法拉拉第第在在18451845年年发发现现：当当一一束束平平面面偏偏振振光光通通过过磁磁场场作作用用下下的的某某些些物物质质时时，其其偏偏振振面面受受到到正正比比于于外外加加磁磁场场平平行行于于传传播播方方向向分分量量的的作作用用而而发发生生偏偏转转。这这种种现现象象称称为为法法拉拉第第效效应。应。法拉第效应法拉第效应时的时的V值值 第41页/共65页天然旋光效应与法拉第磁光效应的本质区别：天然旋光效应与法拉第磁光效应的本质区别：光光束束返返回回通通过过天天然然旋旋光光介介质质时时，旋旋转转角角度度与与正正向向入入射射时时相反，因而往返通过介质的总效果是偏转角为零；相反，因而往返通过介质的

25、总效果是偏转角为零；而而磁磁致致旋旋光光方方向向与与磁磁场场方方向向有有关关，而而与与光光的的传传播播方方向向无无关关，因因而而光光往往返返通通过过法法拉拉第第旋旋光光物物质质时时，偏偏转转角角度度增增加加一倍。可应用于光隔离器。一倍。可应用于光隔离器。第42页/共65页2 2 磁光调制磁光调制 将将磁磁光光介介质质（如如YIGYIG棒棒）置置于于恒恒磁磁场场H Hd d（与与光光传传输输方方向向垂垂直直）中中，棒棒上上饶饶有有射射频频激激励励线线圈圈，以以便便在在介介质质内内建建立立时时变变调调制制磁磁场。由于加了恒磁场，光通过介质后旋转角度为场。由于加了恒磁场，光通过介质后旋转角度为 如果

26、令其通过检偏器（偏振方向可平行于起偏方向，也如果令其通过检偏器（偏振方向可平行于起偏方向，也可垂直于起偏方向），则旋转角的调制转换为光强调制。可垂直于起偏方向），则旋转角的调制转换为光强调制。输出光强随信号电流而变化，受到强度调制。输出光强随信号电流而变化，受到强度调制。第43页/共65页7.5.5 直接调制 把要传递的信息转变为电流信号调制激光器驱动电源，从而使输出激光带有信息。是目前光纤通信系统普遍使用的实用化调制方法。直接调制模拟调制：数字调制：用连续的模拟信号（如电视、话音等信号）直接对光源进行光强度调制 用脉冲编码调制（PCM）的数字信号对光源进行强度调制 第44页/共65页1.1.

27、模拟调制模拟调制 为为了了获获得得线线性性调调制制，使使工工作作点点处处于于输输出出特特性性曲曲线线的的直直线线部部分分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流IbIb。（1 1）调制信号源与直流偏置电流必须隔离。）调制信号源与直流偏置电流必须隔离。（2 2）偏置电流略大于）偏置电流略大于LDLD的阈值电流。的阈值电流。（3 3）直直接接调调制制会会使使激激光光器器主主模模的的强强度度降降低低，而而次次模模的的强强度度相相对对增加，从而使谱宽增加。增加，从而使谱宽增加。调制深度：调制深度：第45页/共65页2.2.数字式调制数字式调制 下图为光

28、载波直接光强调制的基本原理。下图为光载波直接光强调制的基本原理。Ib为直流偏置电流，为直流偏置电流，Im为代表信息数据的驱动电流，为代表信息数据的驱动电流，Ib+Im成为成为LD的工作电流。数的工作电流。数据据1对应于激光发射，数据对应于激光发射，数据0对应于无光发射。对应于无光发射。LD数字调制原理图第46页/共65页光发送机框图LD实用驱动电路 实实际际的的数数字字信信号号经经过过交交换换、复复接接过过程程，其其波波形形不不是是矩矩形形脉脉冲冲，在在调调制制LDLD之之前前需需进进行行波波形形整整理理，并并由由电电压压转转换换成成电电流流，完完成成这这一一功功能能的的是是输输入入整整形形电

29、电路路和和驱驱动动电电路路。LDLD的的输输出出功功率率和和波波长长受受温温度度影影响响，所所以以必必须须有有温温度度自自动动控控制制ATCATC和和功功率率自自动动控制控制APCAPC。第47页/共65页（1 1）预预失失真真处处理理。为为抑抑制制频频率率啁啁啾啾影影响响，需需采采用用整整形形电电路路对对标标准准二二元元电电信信号号做做预预失失真真处处理理。输输入入数数据据的的一一路路到到右右管管的的基基极极，另另一一路路经经过过延延迟迟线线再再到到左左管管的的基基极极，两两管管导导通通的的时时延延差差取取决决于于延延迟迟线线的的长长度度。整整形形后后的的二二元元信信号号是是两两个个先先后后

30、脉脉冲冲电电平平的的叠叠加加，它它们们的的重重叠叠部部分分构构成成了了整整形形信信号号的的顶顶部部，无无重重叠叠部部分分构构成成了了整整形形信信号号的的两两个个肩肩。调调整整延延迟迟线线的的长长度度可可调调整整顶顶部位置，调整电阻部位置，调整电阻W W可改变肩部的高度。可改变肩部的高度。预整形波形标准二元信号整形后的二元信号脉冲预整形电路第48页/共65页 整整形形电电路路的的作作用用是是使使数数据据的的顶顶部部预预失失真真变变窄窄，一一方方面面可可以以降降低低注注入入载载流流子子的的变变化化速速率率，另另一一方方面面较较窄窄的的调调制制脉脉冲冲可可以以补补偿偿啁啁啾啾效效应应造造成成的的光光

31、脉脉冲冲的的动动态态展展宽宽，有有利利于于高高速速率率下下的的应用。应用。(a)标准二元电信号(c)整形后发送的光脉冲(d)接收的光脉冲(b)整形后电脉冲第49页/共65页LD的开通延迟码间图案相关效应（2 2）偏置电流的影响）偏置电流的影响。很多现象与偏置电流有关。很多现象与偏置电流有关。当当 时时，会会出出现现开开通通延延迟迟现现象象。光光脉脉冲冲的的出出现现较较电电脉冲滞后，且顶部有振荡。脉冲滞后，且顶部有振荡。当 时，有利于使用较小的驱动电流获得较大光功率输出，而且有利于提高电-光响应速度。但是，过高的直流偏置受两方面的限制：一是容易出现码间图案相关效应；二是导致接收灵敏度的降低。第5

32、0页/共65页 码码间间图图案案相相关关效效应应：第第一一个个1 1码码过过去去后后，虽虽然然驱驱动动电电流流已已为为0 0，但但LDLD有有源源区区内内的的注注入入载载流流子子并并未未完完全全消消失失，接接着着再再来来一一个个1 1码码，相相当当于于在在残残存存的的非非平平衡衡载载流流子子之之上上叠叠加加新新的的载载流流子子，造造成成第第二二个个脉脉冲冲的的宽宽度度和和幅幅度度都都大大于于前前一一个个光光脉脉冲冲。输输入入脉脉冲冲为为连连0 0后后，光光脉脉冲冲才才能能恢恢复复正正常常波波形形。这这种种效效应应在在非非平平衡衡载载流流子寿命接近调制脉冲系列的时隙宽度时更加明显。子寿命接近调制

33、脉冲系列的时隙宽度时更加明显。因此，偏置电流一定要加得适当。因此，偏置电流一定要加得适当。（3 3）频率啁啾效应）频率啁啾效应 对对应应于于直直接接调调制制信信号号的的上上升升沿沿和和下下降降沿沿，LDLD有有源源区区内内注注入入载载流流子子密密度度的的变变化化引引起起折折射射率率变变化化，进进而而引引起起LDLD发发送送端端光光信信号号波长的漂移。啁啾效应使波长的漂移。啁啾效应使LDLD输出频谱动态展宽。输出频谱动态展宽。第51页/共65页7.6.1 机械偏转 利用反射镜或多面反射棱镜的旋转，或者利用反射镜的振动实现光束扫描。7.6 激光偏转技术 光楔偏转：光楔就是利用介质几何形状引起光偏转

34、的，其偏转角为 第52页/共65页 利用泡克耳斯效应，在电光晶体上施加电场改变晶体的折射率使光束偏转。实际的电光晶体偏转器是由两个z轴相反的晶体棱镜(如KDP棱镜)所组成。实际的电光晶体偏转器 如果激光垂直一个直角面射到图所示的下面的直角棱镜上，由折射定律可得出射光的偏转角为（1）模拟式电光偏转为两个棱镜的折射率之差。为两个棱镜的折射率之差。7.6.2 电光偏转第53页/共65页施加电压后，上、下层棱镜中传播时光的折射率为 与外加电压V成线性比例关系，通过调节V可使光束发生连续偏转。第54页/共65页 为了增大偏转角度，采用多块晶体棱镜串联，头尾2块为直角棱镜，中间位等腰三角形棱镜，总的偏转角

35、为单级的m倍。第55页/共65页（1）数字式偏转）数字式偏转 现代光存储器都是采用二进制的数字式偏转器，右图是由电光晶体和双折射晶体组合的数字式偏转器。双折射原理：沿与光轴成某一角度的非偏振光入射时，将分成垂直分量（O光）和平行分量（e光）二束，分离角为电光数字式偏转器 第56页/共65页当电光晶体不加电压时，O光入射，偏振方向不变，再通过双折射晶体时，传输方向不变；当电光晶体加电压时，O光入射，偏振方向变化成为e光，再通过双折射晶体时，传输方向变化。上述就是一个一级数字偏转器，入射的线偏振光随电光晶体加和不加电压而分别占据两个地址之一，即0和1。第57页/共65页 若把n个这样的数字偏转器组

36、合起来，就能做到n级数字偏转。如三级数字偏转器，入射光就分离8个偏转点；如4级串接，就有24=16个偏转点。如果二维组合，就可以偏转到平面不同位置。000代表三个电光晶体都不加电压；代表三个电光晶体都不加电压；110代表代表S1、S2加电压，加电压，S3不加电压，以此类推。不加电压，以此类推。三级数字式偏转器 第58页/共65页7.6.3 声光偏转 声光偏转器的结构与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，而偏转器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向，使之发生偏转，既可以使光束连续偏转，也可以使分离的光点扫描偏转。声光器件结构示意图 第59页/共65页在满足布喇格衍射时，

37、衍射光与入射光束之间的夹角求微分得 可见光束偏转角 与声频的变化 成正比。因而，改变声频就可以改变光束方向。第60页/共65页激光宽行打字机原理框图 第61页/共65页非线性：施加的外力与其作用结果之间不成线性关系。非线性光学正是利用了物质本身的非线性特征。一、倍频光的产生 动态电场的光进入光学材料时，材料中的原子因质量较重而固定不动，但是电子相对较轻，因此会跟从光电场的正、负周期变化，以 的频率发生振动。当入射光较弱时，电子的移动较小，可以视为单一振动（线性运动）；当入射光的强度达到像激光那样强时，光本身的电场强度也非常大，电子振动变得剧烈，从单一振动变为非线性振动。由此产生了入射光频率以外

38、的振动分量，即倍频。7.6 激光在晶体中的非线性光学现象第62页/共65页相位匹配 相位匹配条件成立时（a）和不成立时（b）只有使晶体对应入射光和倍频光的折射率相等，才能实现相位匹配。相位匹配条件：相位匹配条件：入射激光的传播速度是谐波速度的两倍。第63页/共65页 双折射晶体对应于入射光的偏振方向有两个不同的折射率，也就是说，某一方向的偏振光的折射率和与之垂直的偏振光的折射率不同。如果充分利用这一特点，就可能满足相位匹配。简而言之，只要入射光相对于晶体成某一角度，就可以做到入射光的折射率与倍频光的感应折射率相等。KDP晶体的折射率 基频波寻常光的折射率；基频波非常光的折射率；倍频波寻常光的折射率；倍频波非常光的折射率。第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页