光調(diào)制
光調(diào)制就是將一個攜帶信息的信號疊加到載波光波上,完成這一過程的器件稱為調(diào)制器。
調(diào)制器能使載波光波的參數(shù)隨外加信號變化而變化,這些參數(shù)包括光波的振幅、位相、頻率、偏振、波長等。承載信息的調(diào)制光波在光纖中傳輸,再由光探測器系統(tǒng)解調(diào),然后檢測出所需要的信息。
光調(diào)制技術已廣泛應用于光通信、測距、光學信息處理、光存儲和顯示等方面。
光調(diào)制方法
分直接調(diào)制、腔內(nèi)調(diào)制和腔外調(diào)制三種。①直接調(diào)制法:外加信號直接控制激光器的泵浦源,如控制半導體激光器的注入電流,從而使激光的某些參量得到調(diào)制。②腔內(nèi)調(diào)制:腔內(nèi)調(diào)制是通過改變激光器的參數(shù)如增益、諧振腔Q值或光程等實現(xiàn)的,主要用于Q開關、腔測空、鎖模等技術。腔內(nèi)調(diào)制又分為被動式與主動式兩類。③腔外調(diào)制:只改變腔外光波參數(shù)而不影響激光振蕩本身的一種調(diào)制方法,主要用于光偏轉、掃描、隔離、調(diào)相、調(diào)幅和斬波等方面。腔外調(diào)制一般都采用主動方式。
被動調(diào)制
這種調(diào)制利用某些吸收波長與激光波長一致的可飽和吸收體(如染料)的非線性吸收特性。把一個染料盒置于激光腔內(nèi)可以構成一個被動式Q開關,開關時間一般為10~10秒。這種方法比較簡單、經(jīng)濟,但開關時間不能精確控制。此外,染料的壽命較短。采用恢復吸收率的馳豫時間短的染料溶液可以實現(xiàn)激光器的鎖模工作,獲得10~10秒的超短脈沖。
主動調(diào)制
包括機械調(diào)制、電光調(diào)制、聲光調(diào)制和磁光調(diào)制等。
機械調(diào)制
利用放在腔內(nèi)的高速旋轉體,如反射鏡或全反射棱鏡來控制光學諧振腔的Q值變化,可以實現(xiàn)Q調(diào)制。這種調(diào)制方法簡單,插入損耗低,有較高的抗破壞能力,但開關速度低(~0.1微秒),需要使用高速馬達。在腔外用高速旋轉的開縫轉盤很容易制成光斬波器,實現(xiàn)光強的低頻調(diào)制。
電光調(diào)制
利用某些晶體、液體或氣體在外加電場作用下折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象進行調(diào)制。電光調(diào)制分為線性電光調(diào)制和平方電光調(diào)制兩種。
?、倬€性電光調(diào)制:所用介質(zhì)折射率的變化與電場強度成線性關系(泡克耳斯效應)。常見的線性電光調(diào)制又分縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制兩種。縱向調(diào)制裝置(圖1)采用磷酸二氫鉀(KDP)、磷酸二氫銨(ADP)等晶體,使入射光的振動方向平行于晶軸x1或x2。沿光軸x3方向加上電場,這時晶體呈雙折射性,有一對與原晶軸(x1,x2)成45°的感應軸(x姈,x娦)。振動方向沿感應軸和垂直于感應軸的光的兩個分量的相位差,隨外加電壓的變化而變化。光束通過晶體后,其偏振狀態(tài)受到調(diào)制。再通過圖中所示的檢偏器,光的振幅受到調(diào)制。用稍微不同一點的裝置可以獲得相位調(diào)制。橫向調(diào)制典型裝置(圖2)采用鉭酸鋰、砷化鎵等晶體,入射光的振動方向與晶體x3軸成45°,晶體中外加電場方向垂直于光束方向。這種調(diào)制方式的調(diào)制度與晶體的長寬比有關,可以用增加長寬比的方法來降低晶體上所需的電壓。
?、谄椒诫姽庹{(diào)制:所用介質(zhì)感生的光學雙折射是外加電場強度的二次函數(shù)(克爾效應)。這類介質(zhì)有晶體(如鉭鈮酸鉀)和液體(如硝基苯、溴化苯等)。利用克爾效應進行調(diào)制的方法稱為平方電光調(diào)制。
聲光調(diào)制
利用光在聲場中的衍射現(xiàn)象進行調(diào)制。當聲波傳入到介質(zhì)中時,介質(zhì)中存在著疏密波,介質(zhì)的折射率也相應地發(fā)生周期性的變化,形成以聲波波長值為常數(shù)的等效相位光柵。當光束以一定的角度入射到此介質(zhì)中時,光束即發(fā)生衍射(圖3)。衍射光的強度、頻率和方向都隨聲場的變化而變化。這樣,就可以實現(xiàn)光束的調(diào)制和偏轉。聲光衍射可分為喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射兩種。后者衍射效率高,常被采用。聲光調(diào)制器通常由電聲換能器、聲光介質(zhì)和吸聲裝置組成。聲光調(diào)制具有驅(qū)動功率低、光損耗小、消光比高等優(yōu)點。
磁光調(diào)制
線偏振光通過具有法拉第效應的介質(zhì)時在磁場作用下,其偏振面發(fā)生旋轉。利用這種效應也可進行光調(diào)制。磁光調(diào)制所用材料有釔鐵石榴石、摻鎵釔鐵石榴石和重火石玻璃等。由于材料透明波段的限制,磁光調(diào)制主要用于紅外波段。
此外,還可以利用電場、磁場或溫度等參數(shù)的改變實現(xiàn)光波的頻率調(diào)制。
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