光調(diào)制

光調(diào)制

　　光調(diào)制就是將一個(gè)攜帶信息的信號(hào)疊加到載波光波上，完成這一過(guò)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(hào)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(zhǎng)等。承載信息的調(diào)制光波在光纖中傳輸，再由光探測(cè)器系統(tǒng)解調(diào)，然后檢測(cè)出所需要的信息。

　　光調(diào)制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光通信、測(cè)距、光學(xué)信息處理、光存儲(chǔ)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(hào)直接控制激光器的泵浦源，如控制半導(dǎo)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(guò)改變激光器的參數(shù)如增益、諧振腔Q值或光程等實(shí)現(xiàn)的，主要用于Q開關(guān)、腔測(cè)空、鎖模等技術(shù)。腔內(nèi)調(diào)制又分為被動(dòng)式與主動(dòng)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(zhuǎn)、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(dòng)方式。

　　被動(dòng)調(diào)制

　　這種調(diào)制利用某些吸收波長(zhǎng)與激光波長(zhǎng)一致的可飽和吸收體(如染料)的非線性吸收特性。把一個(gè)染料盒置于激光腔內(nèi)可以構(gòu)成一個(gè)被動(dòng)式Q開關(guān)，開關(guān)時(shí)間一般為10～10秒。這種方法比較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但開關(guān)時(shí)間不能精確控制。此外，染料的壽命較短。采用恢復(fù)吸收率的馳豫時(shí)間短的染料溶液可以實(shí)現(xiàn)激光器的鎖模工作，獲得10～10秒的超短脈沖。

　　主動(dòng)調(diào)制

　　包括機(jī)械調(diào)制、電光調(diào)制、聲光調(diào)制和磁光調(diào)制等。

　　機(jī)械調(diào)制

　　利用放在腔內(nèi)的高速旋轉(zhuǎn)體，如反射鏡或全反射棱鏡來(lái)控制光學(xué)諧振腔的Q值變化，可以實(shí)現(xiàn)Q調(diào)制。這種調(diào)制方法簡(jiǎn)單，插入損耗低，有較高的抗破壞能力，但開關(guān)速度低（～0.1微秒），需要使用高速馬達(dá)。在腔外用高速旋轉(zhuǎn)的開縫轉(zhuǎn)盤很容易制成光斬波器，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)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(chǎng)作用下折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象進(jìn)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。

　　①線性電光調(diào)制：所用介質(zhì)折射率的變化與電場(chǎng)強(qiáng)度成線性關(guān)系（泡克耳斯效應(yīng)）。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(dòng)方向平行于晶軸x1或x2。沿光軸x3方向加上電場(chǎng)，這時(shí)晶體呈雙折射性，有一對(duì)與原晶軸(x1，x2)成45°的感應(yīng)軸(x姈，x娦)。振動(dòng)方向沿感應(yīng)軸和垂直于感應(yīng)軸的光的兩個(gè)分量的相位差，隨外加電壓的變化而變化。光束通過(guò)晶體后，其偏振狀態(tài)受到調(diào)制。再通過(guò)圖中所示的檢偏器，光的振幅受到調(diào)制。用稍微不同一點(diǎn)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(dòng)方向與晶體x3軸成45°，晶體中外加電場(chǎng)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(zhǎng)寬比有關(guān)，可以用增加長(zhǎng)寬比的方法來(lái)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(xué)雙折射是外加電場(chǎng)強(qiáng)度的二次函數(shù)（克爾效應(yīng)）。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(yīng)進(jìn)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(chǎng)中的衍射現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)聲波傳入到介質(zhì)中時(shí)，介質(zhì)中存在著疏密波，介質(zhì)的折射率也相應(yīng)地發(fā)生周期性的變化，形成以聲波波長(zhǎng)值為常數(shù)的等效相位光柵。當(dāng)光束以一定的角度入射到此介質(zhì)中時(shí)，光束即發(fā)生衍射（圖3）。衍射光的強(qiáng)度、頻率和方向都隨聲場(chǎng)的變化而變化。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)光束的調(diào)制和偏轉(zhuǎn)。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(dòng)功率低、光損耗小、消光比高等優(yōu)點(diǎn)。

　　磁光調(diào)制

　　線偏振光通過(guò)具有法拉第效應(yīng)的介質(zhì)時(shí)在磁場(chǎng)作用下，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。利用這種效應(yīng)也可進(jìn)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(chǎng)、磁場(chǎng)或溫度等參數(shù)的改變實(shí)現(xiàn)光波的頻率調(diào)制。