光調制

光調制

　　光調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制器。

　　調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。承載信息的調制光波在光纖中傳輸，再由光探測器系統(tǒng)解調，然后檢測出所需要的信息。

　　光調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。

光調制方法

　　分直接調制、腔內調制和腔外調制三種。①直接調制法：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制。②腔內調制：腔內調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。腔內調制又分為被動式與主動式兩類。③腔外調制：只改變腔外光波參數(shù)而不影響激光振蕩本身的一種調制方法，主要用于光偏轉、掃描、隔離、調相、調幅和斬波等方面。腔外調制一般都采用主動方式。

　　被動調制

　　這種調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。

　　主動調制

　　包括機械調制、電光調制、聲光調制和磁光調制等。

　　機械調制

　　利用放在腔內的高速旋轉體，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調制。這種調制方法簡單，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)光強的低頻調制。

　　電光調制

　　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)象進行調制。電光調制分為線性電光調制和平方電光調制兩種。

　　①線性電光調制：所用介質折射率的變化與電場強度成線性關系（泡克耳斯效應）。常見的線性電光調制又分縱向電光調制和橫向電光調制兩種。縱向調制裝置(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)受到調制。再通過圖中所示的檢偏器，光的振幅受到調制。用稍微不同一點的裝置可以獲得相位調制。橫向調制典型裝置（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。這種調制方式的調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。

　　②平方電光調制：所用介質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制的方法稱為平方電光調制。

　　聲光調制

　　利用光在聲場中的衍射現(xiàn)象進行調制。當聲波傳入到介質中時，介質中存在著疏密波，介質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。聲光調制器通常由電聲換能器、聲光介質和吸聲裝置組成。聲光調制具有驅動功率低、光損耗小、消光比高等優(yōu)點。

　　磁光調制

　　線偏振光通過具有法拉第效應的介質時在磁場作用下，其偏振面發(fā)生旋轉。利用這種效應也可進行光調制。磁光調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)光波的頻率調制。