4 光束调制原理.ppt

第4章光束的调制 重点掌握： 电光、声光调制的原理 4.1 光调制的基本概念原理 4.2 电光调制 4.2 电光调制 若取 ＝1rad， 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1 =0.045，即三次谐波为基波的4.5%。在这个范围内可以获得近似线性调制，因而取 谐波控制在允许的范围内。设基频波和高次谐波的幅值分别为I1和I2n+1, 则高次谐波与基频波成分的比值为 (4.4.12) 作为线性调制的判据。 此时 代入（4.4.11)式得 (4.4.13) (4.4.14) 4.2 电光调制 为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)，那么输出的光强调制波就是调制信号V=Vm sinωmt 的线性复现。如果△?m 1rad的条件不能满足(大信号调制)，则光强调制波就要发生畸变。 纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等优点。其缺点是半波电压太高，特别在调制频率较高时，功率损耗比较大。 4.2 电光调制 横向电光效应可以分为三种不同的运用方式： (1)沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x或y 袖成45o夹角(晶体为45o-z切割)。 (2)沿x方向加电场(即电场方向垂直于光袖)，通光方向垂直于x铀，并与z轴成45o 夹角(晶体为45o -x切割)。 (3)沿y轴方向加电场，通光方向垂直于y轴，并与z轴成45o夹角(晶体为45o -y切割）。 2．横向电光调制（通光方向与电场方向垂直） 4.2 电光调制 因为外加电场是沿z轴方向，因此和纵向运用时一样，Ex=Ey=0, Ez=E，晶体的主轴 x, y 旋转45o 至 x’，y’，相应的三个主折射率如前面(4.3.12)式所示: 4.2 电光调制 通光方向与z轴相垂直，并沿着y’方向入射(入射光偏振方向与z轴成450角)，进入晶体后将分解为沿x’和z方向振动的两个分量，其折射率分别为nx’和nz；若通光方向的晶体长度为L，厚度(两电极间距离)为d，外加电压V＝Ezd，则从晶体出射两光波的相位差 (4.2-36) 4.2 电光调制 由此可知，KDP晶体的γ63 横向电光效应使光波通过晶体后的相位差包括两项： 第一项是与外加电场无关的晶体本身的自然双折射引起的相位延迟，这一项对调制器的工作没有什么贡献，而且当晶体温度变化时，还会带来不利的影响，因此应设法消除(补偿)掉； 第二项是外加电场作用产生的相位延迟，它与外加电压V和晶体的尺寸(L/d)有关，若适当地选择晶体尺寸，则可以降低其半波电压。 4.2 电光调制 KDP晶体横向电光调制的主要缺点是存在自然双折射引起的相位延迟，这意味着在没有外加电场时，通过晶体的线偏振光的两偏振分量之间就有相位差存在，当晶体因温度变化而引起折射率n0和ne的变化时，两光波的相位差发生漂移。 在KDP晶体横向调制器中，自然双折射的影响会导致调制光发生畸变。甚至使调制器不能工作。所以，在实际应用中，除了尽量采取一些措施(如散热、恒温等)以减小晶体温度的漂移之外，主要是采用一种“组合调制器”的结构予以衬偿。 4.2 电光调制 常用的补偿方法有两种： 一种方法是，将两块几何尺寸几乎完全相同的晶体的光轴互成90o串接排列，即一块晶体的y’和z轴分别与另一块晶体的z轴和y’轴平行(见图a）,外电场沿z轴(光轴)方向，但在两块晶体中电场相对于光轴反向 。 4.2 电光调制 当线偏振光沿x’轴方向入射第一块晶体时，电矢量分解为沿z方向e1光和沿y’方向的o1光两个分量，当它们经过第一块晶体之后，两束光的相位差 + 4.2 电光调制 经过第二块晶体后，原来的e1光变成了o2 光， o1光变成e2光，则它们经过第二块晶体后，其相位差 于是，通过两块晶体之后的总相位差 因此，若两块晶体的尺寸、性能及受外界影响完全相同，则自然双折射的影响即可得到补偿。 (4.3.33) 外电场沿z轴(光轴)方向，但在两块晶体中电场相对于光轴反向，当线偏振光沿x’轴方向入射第一块晶体时，电矢量分解为沿z方向e1光和沿y’方向的o1光两个分量，当它们经过第一块晶体之后，两束光的相位差 第二种方法是，两块晶体的z轴和y’轴互相反向平行排列