磁光調(diào)制和直接調(diào)制.ppt

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1、光輻射的調(diào)制第3章§3.4磁光調(diào)制磁光效應(yīng)當(dāng)光波通過(guò)某種磁性物質(zhì)時(shí)，其傳播特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng)包括法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、克爾效應(yīng)、磁致雙折射效應(yīng)等下面以法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)為例說(shuō)明磁光調(diào)制的原理與過(guò)程3.4.1法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)一束線偏振光在有外加磁場(chǎng)作用下的介質(zhì)中傳播時(shí)，其偏振方向會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度?的大小與沿光束方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和光在介質(zhì)中傳播的長(zhǎng)度L之積成正比?＝VBLV稱為韋爾代(Verdet)常數(shù)表示在單位磁場(chǎng)強(qiáng)度下線偏振光通過(guò)單位長(zhǎng)度的磁光介質(zhì)后偏振方向旋轉(zhuǎn)的角度關(guān)于旋光現(xiàn)象的解釋旋光現(xiàn)象可解釋為外加磁場(chǎng)使介質(zhì)分子的磁矩定向排列，當(dāng)一

2、束線偏振光通過(guò)它時(shí)，分解為頻率相同、初相位相同的兩個(gè)圓偏振光，其中一個(gè)圓偏振光的電矢量是順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，稱為右旋圓偏振光，而另一個(gè)圓偏振光是逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的，稱為左旋圓偏振光。這兩個(gè)圓偏振光無(wú)相互作用地以兩種略有不同的速度?+＝c/nR和?-＝c/nL傳播，它們通過(guò)厚度為L(zhǎng)的介質(zhì)之后產(chǎn)生的相位延遲分別為:兩圓偏振光間存在一相位差當(dāng)它們通過(guò)介質(zhì)之后，又合成為一線偏振光，其偏振方向相對(duì)于入射光旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。圖中ZA表示入射介質(zhì)的線偏振光的振動(dòng)方向，將振幅A分解為左旋和右旋兩矢量AL和AR，假設(shè)介質(zhì)的長(zhǎng)度L使右旋矢量AR剛轉(zhuǎn)回到原來(lái)的位置，此時(shí)左旋光

3、矢量(由于vL≠vR)轉(zhuǎn)到A’L，于是合成的線偏振光A’相對(duì)于入射光的偏振方向轉(zhuǎn)了一個(gè)角度?，此值等于?角的一半，即?=?/2＝?（nR–nL）L/?ALARAL’??zAA’右旋光效應(yīng)特點(diǎn)兩種旋光效應(yīng)的區(qū)別晶體的自然旋光現(xiàn)象：當(dāng)光束往返通過(guò)自然旋光物質(zhì)時(shí)，因旋轉(zhuǎn)角相等、方向相反而相互抵消。磁致旋光效應(yīng)：其旋轉(zhuǎn)方向僅與磁場(chǎng)方向有關(guān)，而與光線傳播方向的正逆無(wú)關(guān)。通過(guò)磁光介質(zhì)時(shí)，只要磁場(chǎng)方向不變，旋轉(zhuǎn)角都朝一個(gè)方向增加，此現(xiàn)象表明磁致旋光效應(yīng)是一個(gè)不可逆的光學(xué)過(guò)程，因而可利用來(lái)制成光學(xué)隔離器或單通光閘等器件3.4.2磁光調(diào)制器把要傳遞的信息轉(zhuǎn)換成光載

4、波的強(qiáng)度(振幅)等參量隨時(shí)間的變化過(guò)程（與電光調(diào)制、聲光調(diào)制有所不同）磁光調(diào)制是電信號(hào)先轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的交變磁場(chǎng)，由磁光效應(yīng)改變?cè)诮橘|(zhì)中傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)，從而達(dá)到改變光強(qiáng)度等參量的目的工作物質(zhì)釔鐵石榴石(YIG或摻Ga的YIG棒)放在沿軸方向z的光路上，它的兩端放置有起、檢偏器，高頻螺旋形線圈環(huán)繞在YIG棒上，受驅(qū)動(dòng)電源的控制，用以提供平行于z軸的信號(hào)磁場(chǎng)。為了獲得線性調(diào)制，通常在垂直于光傳播的方向上加一恒定磁場(chǎng)Hdc，其強(qiáng)度足以使晶體飽和磁化。當(dāng)工作時(shí)，高頻信號(hào)電流通過(guò)線圈就會(huì)感生出平行于光傳播方向的磁場(chǎng)，入射光通過(guò)YIG晶體時(shí)，由于法拉第旋

5、轉(zhuǎn)效應(yīng)，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角與磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比。只要用調(diào)制信號(hào)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，就會(huì)使光的偏振面發(fā)生相應(yīng)的變化。這里因加有恒定磁場(chǎng)Hdc，且與通光方向垂直，故旋轉(zhuǎn)角與Hdc成反比，于是式中，θs單位長(zhǎng)度飽和法拉弟旋轉(zhuǎn)角H0sinωHt調(diào)制磁場(chǎng)§3.5直接調(diào)制直接調(diào)制是把要傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入半導(dǎo)體光源(激光二極管LD或半導(dǎo)體二極管LED)，從而獲得已調(diào)制信號(hào)的過(guò)程由于它是在光源內(nèi)部進(jìn)行的，因此又稱為內(nèi)調(diào)制是目前光纖通信系統(tǒng)普通使用的實(shí)用化調(diào)制方法根據(jù)調(diào)制信號(hào)的類型，直接調(diào)制又可以分為（連續(xù)的）模擬調(diào)制數(shù)字（脈沖編碼）調(diào)制半導(dǎo)體激光器

6、有一個(gè)閾值電流It，發(fā)射激光的強(qiáng)弱直接與驅(qū)動(dòng)電流的大小有關(guān)。若把調(diào)制信號(hào)加到激光器(電源)上，即可以直接改變(調(diào)制)激光器輸出光信號(hào)的強(qiáng)度3.6空間光調(diào)制器前面所介紹的各種調(diào)制器是對(duì)一束光的“整體”進(jìn)行作用，而且對(duì)與光傳播方向相垂直的xy平面上的每一點(diǎn)其效果是相同的?？臻g光調(diào)制器可以形成隨xy坐標(biāo)變化的振幅(或強(qiáng)度)透過(guò)率A(x,y)＝A0T(x,y)或者是形成隨坐標(biāo)變化的相位分布A(x,y)＝A0Texp[iθ(x,y)]或者是形成隨坐標(biāo)變化的不同的散射狀態(tài)。yx空間光調(diào)制器（SLM，SpatialLightModulator）是一種對(duì)光波的空

7、間分布進(jìn)行調(diào)制的器件含有許多獨(dú)立單元，在空間排列成一維或二維陣列每個(gè)單元都可以獨(dú)立地接受光信號(hào)或電信號(hào)的控制，并按此信號(hào)改變自身的光學(xué)性質(zhì)(透過(guò)率、反射率、折射率等)，從而對(duì)通過(guò)它的光波進(jìn)行調(diào)制控制這些單元光學(xué)性質(zhì)的信號(hào)稱為“寫入信號(hào)”，寫入信號(hào)可以是光信號(hào)也可以是電信號(hào)入射到器件并被調(diào)制的光波稱為“讀出光”；經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器后的輸出光波稱為“輸出光”?？蓪?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的二維并行處理。液晶空間光調(diào)制器有些物質(zhì)不是直接由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，而是經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡相態(tài)，這時(shí)，它一方面具有液體的流動(dòng)性質(zhì)，同時(shí)又有晶體的特性(如光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)的各向異性)，這種過(guò)渡相態(tài)稱

8、之為“液晶”。液晶是一種有機(jī)化合物，一般由棒狀柱形對(duì)稱的分子構(gòu)成，具有很強(qiáng)的電偶極矩和容易極化的化學(xué)團(tuán)。對(duì)這種物質(zhì)施加外場(chǎng)(電、熱、磁等