光调制

光调制

　　光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为调制器。

　　调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，然后检测出所需要的信息。

　　光调制技术已广泛应用于光通信、测距、光学信息处理、光存储和显示等方面。

光调制方法

　　分直接调制、腔内调制和腔外调制三种。①直接调制法：外加信号直接控制激光器的泵浦源，如控制半导体激光器的注入电流，从而使激光的某些参量得到调制。②腔内调制：腔内调制是通过改变激光器的参数如增益、谐振腔Q值或光程等实现的，主要用于Q开关、腔测空、锁模等技术。腔内调制又分为被动式与主动式两类。③腔外调制：只改变腔外光波参数而不影响激光振荡本身的一种调制方法，主要用于光偏转、扫描、隔离、调相、调幅和斩波等方面。腔外调制一般都采用主动方式。

　　被动调制

　　这种调制利用某些吸收波长与激光波长一致的可饱和吸收体(如染料)的非线性吸收特性。把一个染料盒置于激光腔内可以构成一个被动式Q开关，开关时间一般为10～10秒。这种方法比较简单、经济，但开关时间不能精确控制。此外，染料的寿命较短。采用恢复吸收率的驰豫时间短的染料溶液可以实现激光器的锁模工作，获得10～10秒的超短脉冲。

　　主动调制

　　包括机械调制、电光调制、声光调制和磁光调制等。

　　机械调制

　　利用放在腔内的高速旋转体，如反射镜或全反射棱镜来控制光学谐振腔的Q值变化，可以实现Q调制。这种调制方法简单，插入损耗低，有较高的抗破坏能力，但开关速度低（～0.1微秒），需要使用高速马达。在腔外用高速旋转的开缝转盘很容易制成光斩波器，实现光强的低频调制。

　　电光调制

　　利用某些晶体、液体或气体在外加电场作用下折射率发生变化的现象进行调制。电光调制分为线性电光调制和平方电光调制两种。

　　①线性电光调制：所用介质折射率的变化与电场强度成线性关系（泡克耳斯效应）。常见的线性电光调制又分纵向电光调制和横向电光调制两种。纵向调制装置(图1)采用磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氢铵(ADP)等晶体，使入射光的振动方向平行于晶轴x1或x2。沿光轴x3方向加上电场，这时晶体呈双折射性，有一对与原晶轴(x1，x2)成45°的感应轴(x姈，x娦)。振动方向沿感应轴和垂直于感应轴的光的两个分量的相位差，随外加电压的变化而变化。光束通过晶体后，其偏振状态受到调制。再通过图中所示的检偏器，光的振幅受到调制。用稍微不同一点的装置可以获得相位调制。横向调制典型装置（图2）采用钽酸锂、砷化镓等晶体，入射光的振动方向与晶体x3轴成45°，晶体中外加电场方向垂直于光束方向。这种调制方式的调制度与晶体的长宽比有关，可以用增加长宽比的方法来降低晶体上所需的电压。

　　②平方电光调制：所用介质感生的光学双折射是外加电场强度的二次函数（克尔效应）。这类介质有晶体（如钽铌酸钾）和液体（如硝基苯、溴化苯等）。利用克尔效应进行调制的方法称为平方电光调制。

　　声光调制

　　利用光在声场中的衍射现象进行调制。当声波传入到介质中时，介质中存在着疏密波，介质的折射率也相应地发生周期性的变化，形成以声波波长值为常数的等效相位光栅。当光束以一定的角度入射到此介质中时，光束即发生衍射（图3）。衍射光的强度、频率和方向都随声场的变化而变化。这样，就可以实现光束的调制和偏转。声光衍射可分为喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射两种。后者衍射效率高，常被采用。声光调制器通常由电声换能器、声光介质和吸声装置组成。声光调制具有驱动功率低、光损耗小、消光比高等优点。

　　磁光调制

　　线偏振光通过具有法拉第效应的介质时在磁场作用下，其偏振面发生旋转。利用这种效应也可进行光调制。磁光调制所用材料有钇铁石榴石、掺镓钇铁石榴石和重火石玻璃等。由于材料透明波段的限制，磁光调制主要用于红外波段。

　　此外，还可以利用电场、磁场或温度等参数的改变实现光波的频率调制。