《光電子》課件chp8-1

1、第八章：光波調(diào)制光波調(diào)制的基本概念調(diào)制的目的：對所需處理的信號或被傳輸?shù)男畔⒆髂撤N形式的變換，使之便于處理、傳輸和檢測；光波調(diào)制：通過改變光波的振幅、強(qiáng)度、相位、頻率或偏振等參數(shù)，使傳播的光波攜帶信息的過程；載波：攜帶信號的光波；光波調(diào)制器：完成光波調(diào)制過程的裝置。光調(diào)制的分類：根據(jù)被調(diào)制的載波參數(shù)劃分：振幅調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制偏振調(diào)制光調(diào)制的分類：按調(diào)制位置是在光源內(nèi)發(fā)生還是在光源外進(jìn)行分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。內(nèi)調(diào)制：將要傳輸?shù)男盘栔苯蛹虞d于光源，改變光源的輸出特性來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。外調(diào)制：在光源外的光路上放置調(diào)制器，將要傳輸?shù)男盘柤虞d于調(diào)制器上，當(dāng)光通過調(diào)制器時(shí)，透過光的物理性質(zhì)將發(fā)生改變，

2、實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制。外調(diào)制按調(diào)制元件應(yīng)用的物理效應(yīng)分為電光調(diào)制聲光調(diào)制磁光調(diào)制外調(diào)制器都是由某種介質(zhì)做成的，當(dāng)光通過調(diào)制器時(shí)，光和物質(zhì)的相互作用在宏觀上依賴于介質(zhì)的光學(xué)常數(shù) 折射率和介電張量。所有外調(diào)制器的調(diào)制機(jī)理都是基于改變調(diào)制器介質(zhì)的光學(xué)常數(shù)，引起通過調(diào)制器的光波的參數(shù)發(fā)生變化，從而達(dá)到調(diào)制的目的。因而，為了弄清調(diào)制機(jī)理，首先必須了解光通過介質(zhì)時(shí)的傳播持性。 8-1 晶體中光的傳播特性二、晶體的光學(xué)各向異性有些透明介質(zhì)，如玻璃、水、肥皂液等，不論光沿哪個(gè)方向，傳播速度都是相同的，媒質(zhì)只有一個(gè)折射率，這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向同性介質(zhì)。同時(shí)還存在另一類介質(zhì)，主要是透明晶體物質(zhì)，如方解石(化學(xué)成分是C

3、aCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中傳播時(shí)，沿著不同方向有不同的傳播速率，這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向異性介質(zhì)。 介質(zhì)受到電場E作用后將產(chǎn)生電極化，其極化程度用極化強(qiáng)度矢量P表示，在各向同性介質(zhì)中： P和E同向；是與坐標(biāo)系選擇無光的常數(shù)；P的每一個(gè)分量只與對應(yīng)的E的一個(gè)分量有關(guān)。各向同性晶體的電極化率電極化率二階張量i,j：P的每一個(gè)分量都與E的三個(gè)分量存在著線性關(guān)系。 各向異性介質(zhì)中的電極化性質(zhì)必須用九個(gè)數(shù)才能完整地描述，這九個(gè)數(shù)可構(gòu)成一個(gè)3 3的數(shù)組 。 坐標(biāo)系確定后11，12均為常數(shù)。 各向異性晶體的電極化率電位移矢量與介電張量主軸坐標(biāo)系電場沿著該方向時(shí)，晶體也沿著該方向極化。介電張量的非

4、對角線項(xiàng)為零。由這樣的三個(gè)方向構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為 主介電軸坐標(biāo)系。單軸晶體、雙軸晶體。主折射率。D，E，S，k共面，并且都垂直于H。天然的方解石晶體是雙折射晶體光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(如方解石)后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為雙折射現(xiàn)象。雙折射現(xiàn)象不導(dǎo)電晶體的波動(dòng)方程：對于單色平面波：分量形式：設(shè)光在xy平面?zhèn)鞑ィ涸O(shè)光沿z軸傳播：光沿某一方向傳播時(shí)，出現(xiàn)兩個(gè)k值的現(xiàn)象就是光的雙折射。一條遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr)，折射光線在入射面內(nèi)，這條光線稱為尋常光線(ordinary rays)，簡稱o光。 n1n2iioie(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光晶體中的o光和e光另一條光線

5、不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線(extraordinary rays)，簡稱e光。產(chǎn)生雙折射的原因: o光和e光的傳播速度不同。o光在晶體中各個(gè)方向的傳播速度相同，因而折射率no=c/o=恒量。e光在晶體中的傳播速度e隨方向變化，因而折射率ne=c/e是變量，隨方向變化。由于o光和e光的折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。光軸 主平面 光軸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在晶體內(nèi)部存在著某些特殊的方向，光沿著這些特殊方向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這個(gè)特殊方向稱為光軸。應(yīng)該注意，光軸僅標(biāo)志一定的方向，并不限于某一特殊的直線。凡平行于此方向的直線均為光軸。 102o方解石只有一個(gè)光軸的晶體，稱為單

6、軸晶體，如方解石、石英、紅寶石等。有兩個(gè)光軸的晶體稱為雙軸晶體，如云母、硫磺、藍(lán)寶石等。在光軸方向上，o光和e光的傳播速度相同。沿光軸方向入射的光束，通過晶體不分為兩束光，仍沿入射方向行進(jìn)。它是一個(gè)特征方向。某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面叫做該光線的主平面。 e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面o光和e光都是線偏振光，o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面，e光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面主平面 在晶體中o光和e光以不同的速率傳播。o光的速率在各個(gè)方向上是相同的，所以在晶體中任意一點(diǎn)所引起的子波波面是一球面。e光的速率在各個(gè)方向上是不同的，在晶體中任一點(diǎn)所引起的子波波面可以證明是旋轉(zhuǎn)橢球面。 兩束光只有在沿光軸方向上傳播時(shí)，它們的速率才是相等的，其子波波面在光軸上相切；在垂直于光軸方向上兩束光的速率相差最大。正晶體O 波面負(fù)晶體e 波面 正單軸晶體 : ne