《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，當光通過調(diào)制器時，透過光的物理性質(zhì)將發(fā)生改變，

2、實現(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，當光通過調(diào)制器時，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，從而達到調(diào)制的目的。因而，為了弄清調(diào)制機理，首先必須了解光通過介質(zhì)時的傳播持性。 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，不論光沿哪個方向，傳播速度都是相同的，媒質(zhì)只有一個折射率，這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向同性介質(zhì)。同時還存在另一類介質(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，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度矢量P表示，在各向同性介質(zhì)中： P和E同向；是與坐標系選擇無光的常數(shù)；P的每一個分量只與對應(yīng)的E的一個分量有關(guān)。各向同性晶體的電極化率電極化率二階張量i,j：P的每一個分量都與E的三個分量存在著線性關(guān)系。 各向異性介質(zhì)中的電極化性質(zhì)必須用九個數(shù)才能完整地描述，這九個數(shù)可構(gòu)成一個3 3的數(shù)組 。 坐標系確定后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系電場沿著該方向時，晶體也沿著該方向極化。介電張量的非

4、對角線項為零。由這樣的三個方向構(gòu)成的坐標系稱為 主介電軸坐標系。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，出現(xiàn)兩個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 光軸實驗發(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，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這個特殊方向稱為光軸。應(yīng)該注意，光軸僅標志一定的方向，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。有兩個光軸的晶體稱為雙軸晶體，如云母、硫磺、藍寶石等。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。它是一個特征方向。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光的振動方向垂直于自己的主平面，e光的振動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光的速率在各個方向上是相同的，所以在晶體中任意一點所引起的子波波面是一球面。e光的速率在各個方向上是不同的，在晶體中任一點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，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 波面負晶體e 波面 正單軸晶體 : ne