第八章光电技术器件的设计及参数选用原则讲述.ppt

8.6 激光倍频及光参量放大 光学效应：当光作用与介质时，会引起介质的极化，产生振荡电偶极矩。通常用极化强度p来度量极化的程度。 线性光学效应：当光强不太强时，极化强度p和电场强度E成正比。如折射、双折射、散射等都是线性的，此时折射率和吸收系数等为一常数。 非线性光学效应：当光强很强时，介质的极化强度不止于电场强度的一次方有关，还与二次方、三次方等高次方有关。如光倍频、光差频、光参量振荡等。 一、倍频光 倍频效应：当光束通过晶体后，除了原来的激光波长以外，还检测到波长为1/2λ的成分，即从晶体中透出光的频率是入射光频率的两倍。 倍频效应是弗兰肯(Franken)等人在1 9 6 1年首先发现的。他们将红宝石激光器输出的波长694.3nm的红光射到石英晶体上。当这束红光通过石英晶体后，他们发现在透射光中除了波长为694.3nm的红光外，还出现了波长为347.1nm的成分。后者的波长刚好等于红宝石激光波长的一半，即频率加倍。 微观解释：非线性是由原子、分子非谐性造成。物质受强光作用后，电子发生位移z，具有位能y(z)，对于无对称中心晶体，与电子位移+z和一z相对应的位能并不相等。 非线性极化和线性极化两者有完全不同的性质．线性极化波只有一种频率的成分，能够辐射与入射波同频率、同方向的电磁波；而非线性的极化波具有不同的谐波成分，这些谐波成分能够再辐射与各个谐波的频率相对应的电磁波。显然，基频极化波辐射基频波：二次谐频极化波辐射二次谐波，即倍频光等 如果从量子力学的观点来看，就更简单了。二次谐波的产生过程可以看成是两个频率为ω光子的湮没，同时产生一个频率为2ω的光子。 第八章 光电技术器件的设计及参数选用原则 1.光偏转器：按一定规律改变光束在空间传播方向的器件。使激光束相对于原始位置作一定规律的偏转扫描。 2.根据使用目的不同分为两类： 模拟式偏转——光的偏转角是连续变化的，主要用于激光显示技术 数字式偏转——光的偏转角不连续，在选定空间的某些特定位置上才有光的离散，主要用于光存储 8.1 激光偏转器 3.设计或评价一个光偏转器的主要指标： （1）偏转角的大小要达到激光扫描的范围 （2）扫描速度要满足快速记录和显示的要求 （3）偏转效率：偏转光强与入射光强之比，反映了光偏转器的光能损失 （4）分辨率或在扫描范围内可分辨的点数 4.目前激光技术中最常用的是以下三种偏转方法： 机械式偏转、电光偏转、声光偏转 一、 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。 多面体反射镜偏转器 优点：扫描角度大于30°，可分辨像素多，光学损失小等； 缺点：受电机转速的限制，扫描速度较低。 多面体反射镜偏转器 若用多面体反射镜绕垂直轴转动，则可获得水平扫描线。反之，若绕水平轴旋转，则可获得垂直方向的扫描线。如果两者结合，选择合理的转速比，则可获得矩形的扫描图形。 偏转原理：在电光晶体上施加电场改变晶体的折射率，使晶体中的光束传播方向发生偏转。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 二、 电光偏转 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U成线性比例关系， 通过调节U可使光束发生连续偏转。 为了增大偏转角度，而外加电压又不太高，可采用多块晶体棱镜串联，总的偏转角为单级的m倍。 例如: , 时, 一个电光偏转器所能获得的偏转角很小,很难满足实际应用的要求 （2）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 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 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。 若把n个这样的数字偏转器组合起来，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；110代表S1、S2加电压，S3不加电压，以此类推。 三级数字式偏转器 三、 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