1.6激光調制技術1.光調制的意義所謂“調制”，是按照人類應用的需求（以信息的形式出現(xiàn)）對光波進行“調節(jié)”與“控制”，從而將信息加載到光波上去。為什么要用光波作為信息載體？轉播速度快,信息容量大可以用光學系統(tǒng)進行變換,光盤存儲可以在透明介質中傳輸（光纖、水……）可以不用介質傳輸（真空、太空……）可獨立傳播，互不干擾。加載了信號的光波以群速度傳播。當前1頁，總共84頁。1.6激光調制技術※激光作為信息載體的優(yōu)點：易于調制、可利用的頻帶寬、傳輸信息的容量大……；調制及其分類激光調制——將信息加載于激光的過程；激光調制器——完成將信息加載于激光過程的裝置；激光——載波（Carrier），攜帶信息的載體；

起控制作用的信號（低頻信號）——調制信號；被調制的載波——已調波或調制光Modulatedwave；當前2頁，總共84頁。調制的基本概念2.調制的基本形式按著調制器件和激光器的關系，調制可以分為內調制和外調制。當前3頁，總共84頁。內調制：

加載調制信號是在激光振蕩過程中進行的，即以調制信號來改變激光器的某一參數(shù)，從而改變激光的輸出特性

改變激光器的泵浦強度改變激光器的腔內損耗當前4頁，總共84頁。外調制：激光形成之后進行調制在激光器外的光路上放置調制器，用調制信號改變調制器的物理特性，當激光通過調制器時，會使光波的某個參量發(fā)生變化就會使光波的某參量隨著調制信號而變化當前5頁，總共84頁。典型的模擬式調制

單色平面波的表達式為

通過改變激光載波的特征參量，可以對激光載波進行調制。1.調幅→振幅調制：使載波的振幅隨調制信號的變化而變化。2.調頻→頻率調制：使載波的頻率隨調制信號的變化而變化。3.調相→相位調制：使載波的相位隨調制信號的變化而變化。4.強度調制：使載波的光強隨調制信號的變化而變化。當前6頁，總共84頁。設激光的瞬時電場強度為則光強度為設調制信號為

幅值調制為:

強度調制為:

頻率調制為:

相位調制為:M,調幅系數(shù)，Mi強度調制系數(shù),Mf調頻系數(shù),Mp調相系數(shù)其中M,Mi遠小于1當前7頁，總共84頁。

典型的模擬式調制一、振幅調制——激光光波的振幅隨著調制信號的變化規(guī)律而變化。激光光波的瞬時電場強度：為振幅；為角頻率；為相位角(初相位)；

總相角；

當前8頁，總共84頁。振幅調制時，不再是常數(shù)，而是與調制信號成比例的函數(shù)。k為比例系數(shù)，為調制信號；

為調制信號的振幅，為角頻率；當前9頁，總共84頁。載波調制信號調制光當前10頁，總共84頁。①調幅波的包絡線的形狀和調制信號一致；②載波頻率維持不變；③振幅較之未調制波多了一個與調制信號成比例的增量。由圖可知：“調幅系數(shù)”調幅振蕩中振幅最大增量與振幅平均值之間的比值。當前11頁，總共84頁。當調制系數(shù)>1時，調制波就要發(fā)生畸變；當調制系數(shù)＝1時，稱為100％的調制。調幅的結果使調幅波不再是一個簡單的正弦波，根據(jù)傅立葉頻譜分析，它可分解為不同頻率的正弦波之和。由上述討論可知：將記為，由于，則調幅波表達式可寫為：

當前12頁，總共84頁。二、頻率調制和相位調制——激光載波的頻率或相位受調制信號的控制而按其規(guī)律變化。

這兩種調制波都表現(xiàn)為總相角的變化，因此統(tǒng)稱為角度調制。

①頻率調制——角頻率不再是常數(shù)，而是一個與調制信號成比例的時間函數(shù)

當前13頁，總共84頁。是由調制信號決定的頻率偏移。調制波的總相角：

為比例系數(shù)；為調制信號；當前14頁，總共84頁。若調制信號為正弦變化，

并令則當前15頁，總共84頁。調頻波的表達式：

調頻系數(shù)，可取任意值；②相位調制——調制波的相位多了一個與調制信號成比例的增量；

當前16頁，總共84頁。總相角：

若調制信號為正弦變化，

并令調相系數(shù)；則有調相波的表達式：當前17頁，總共84頁。調頻或調相波的頻譜

——可以分解成若干不同頻率的正弦波之和。調頻和調相波的統(tǒng)一形式：

當前18頁，總共84頁。由以上討論，可得出下述結論：①在正弦調制下，調頻和調相皆為等幅的變周期振蕩，且表達式在形式上相同；②兩者的區(qū)別：a.兩者的調制方法不同；b.調頻系數(shù)和調相系數(shù)的性質不同；調頻：單模激光器調腔長；調相：電光晶體調Q

。（在非正弦調制下，兩者不同，此時可以看出調頻與調相的差別）當前19頁，總共84頁。角度調制當前20頁，總共84頁。三、強度調制——光載波電場振幅的平方與調制信號成比例，?！敵龅募す廨椛鋸姸劝凑照{制信號的規(guī)律變化。

當前21頁，總共84頁。激光調制通常多采用強度調制形式。原因在于：光接收器（探測器）一般直接響應其所接收的光強度變化。

光載波的強度定義為電場的平方，

因此，有調制光強：為比例系數(shù)；當前22頁，總共84頁。若調制信號為正弦變化，

強度調制系數(shù)

此時有，

這是當調制系數(shù)時，比較理想的光強調制公式。當前23頁，總共84頁。調制方法

（一）電光調制KDP晶體的Pockel效應（四）感應主軸的方向相對于原主軸旋轉45o。KDP晶體變?yōu)殡p軸晶體。當前24頁，總共84頁。

調制方法電光調制

（一）原理電光效應：某些材料在外加電場的作用下，其折射率發(fā)生變化Xyz光軸偏轉45度，主折射率分裂為：線偏振光分裂為兩束線振光，X’，y’方向相位差為

當前25頁，總共84頁。當一束線偏振光沿著Z軸方向射入晶體，且E矢量沿X方向進入晶體（Z＝0）即分解為沿和方向的兩個垂直偏振分量。

當前26頁，總共84頁。當它們經(jīng)過長度L之后，所走的光程分別為和?！旃?/p>

——慢光

電光相位延遲當前27頁，總共84頁。電光調制相位差Δφ與所加電壓v成正比，通常稱為線性電光效應或Pockels效應一般把引起π相位差的電壓作為電光材料的性能：稱為半波電壓，Vπ或者Vλ/2表示

當前28頁，總共84頁。（二）電光強度調制

1.△縱向電光調制器

縱向電光效應：電場方向與通光方向一致；核心部件當前29頁，總共84頁。光強調制Kdp引起相位?波片：π/2

當前30頁，總共84頁。2.電光相位延遲

以KDP類晶體Z向加壓，光波沿Z方向傳播為例：

起偏當前31頁，總共84頁。電光相位調制Ein∥感應主軸無檢偏裝置偏振狀態(tài)不發(fā)生改變邊頻振蕩間隔等于外加電壓的頻率當前32頁，總共84頁。三、聲光調制Raman-Nath聲光衍射Bragg衍射當前33頁，總共84頁。四、磁光調制

原理:

法拉第旋光效應:線性偏振光經(jīng)過磁性介質后,投射光偏振方向 會發(fā)生偏轉φ(t)=φsLH

rf

HDCsinωt當前34頁，總共84頁。五、電源調制/直接調制定義:直接將調制信號加載于激光電源，從而使激光器發(fā)射的激 光強度或激光脈沖參數(shù)隨調制信號而變化的調制，稱為電

源調制成直接調制當前35頁，總共84頁。六、干涉調制邁克耳遜干涉儀調制光強當前36頁，總共84頁。半導體激光器半導體激光器的基本結構當前37頁，總共84頁。半導體激光器的基本特性半導體激光器當前38頁，總共84頁。半導體激光器的基本特性半導體激光器當前39頁，總共84頁。半導體激光器的基本特性半導體激光器當前40頁，總共84頁。激光技術發(fā)展簡史之一美國休斯公司實驗室一位從事紅寶石熒光研究的年輕人梅曼在利用紅寶石棒首次觀察到激光；梅曼在7月7日正式演示了世界第一臺紅寶石固態(tài)激光器；他在Nature(8月16日)發(fā)表了一個簡短的通知。Maiman當前41頁，總共84頁。激光技術發(fā)展簡史之一Maiman的第一臺激光器當前42頁，總共84頁。當前43頁，總共84頁。中國第一臺激光器（1961）當前44頁，總共84頁。我國激光器研究情況激光器的第一臺研制成功時間研制人紅寶石激光器（我國第一臺)1961年11月鄧錫銘、王之江He-Ne激光器1963年7月鄧錫銘等摻釹玻璃激光器1963年6月干福熹GaAs同質結半導體激光器1963年12月王守武CO2分子激光器1965年9月王潤文等當前45頁，總共84頁。激光技術發(fā)展簡史之三激光應用技術信息技術方面的應用：光通訊，光存儲，光放大，光計算，光隔離器檢測技術方面的應用：測長，測距，測速，測角，測三維形狀激光加工：焊接，打孔，切割，熱處理，快速成型醫(yī)學應用：外科手術，激光幅照（皮膚科、婦產(chǎn)科），眼科手術，激光血照儀，視光學測量科學研究方面的應用：激光核聚變，重力場測量，激光光譜，激光對生物組織的作用，激光制冷，激光誘導化學過程等等當前46頁，總共84頁。當前47頁，總共84頁。當前48頁，總共84頁。光盤存儲器原理—激光刻蝕與讀出當前49頁，總共84頁。激光全息防偽人民幣（建國50周年紀念幣）當前50頁，總共84頁。激光顯示重慶三峽廣場----水幕激光Video當前51頁，總共84頁。激光陀螺儀當前52頁，總共84頁。

激光加工與熱處理

激光焊接、切割、打標、表面處理和工業(yè)機器人結合，為未來的制造業(yè)提供先進的、精密的、靈巧的特殊加工工具Video1Video2當前53頁，總共84頁。激光眼科治療當前54頁，總共84頁。激光嫩膚激光脫毛激光去斑激光點痣激光美容激光嫩膚激光去斑激光脫毛 激光點痣當前55頁，總共84頁。黃鐘律管累黍造尺

激光精密測量從開始有測量的時間起，才開始有科學。沒有量度，精密科學就沒有意義。

——門捷列夫黃鐘律管累黍造尺當前56頁，總共84頁。米定義的三次變更當前57頁，總共84頁。一、飛行時間法二、真空波長法三、穩(wěn)頻激光器米定義的復現(xiàn)一、飛行時間法二、真空波長法三、穩(wěn)頻激光器當前58頁，總共84頁。飛秒激光的典型應用——微納米加工當前59頁，總共84頁。納米牛Ti:S780nm,150fs,76MHz1.4NA高倍顯微物鏡聚焦SCR500resin(JSR,Japan)+urethaneacrylate(尿脘丙烯酸脂）光聚合分辨率120nm牛尺寸10μm×7μmNature,Vol.412,697.2001（H.B.Sunetal))當前60頁，總共84頁。當前61頁，總共84頁。納米彈簧a.原始狀態(tài)b.伸展狀態(tài)c.阻尼振蕩恢復曲線當前62頁，總共84頁。功能器件匈牙利科學院PeterGalajda，A.P.L,vol.78,2001當前63頁，總共84頁。飛秒高速攝影光源：飛秒激光時間分辨率：163ns

重復頻率：6.1MHz快門速度：440ps當前64頁，總共84頁。激光核聚變可控核聚變磁約束核聚變慣性約束核聚變托卡馬克

激光核聚變 粒子束核聚變 電流脈沖核聚變當前65頁，總共84頁。激光核聚變的四個階段當前66頁，總共84頁。

激光武器直接利用高度集中的激光能量對敵人和敵人的武器進行殺傷、破壞的武器。

特點：

1）不需計算彈導，“指哪打哪”。

2）不需計算提前量，“說時遲，那時快”。特

別適合攻擊高速運動的目標。

3）無后座之擾；

4）不受電子干擾。Laser局限：

受天氣影響，云霧、雨雪都有是激光難以逾越的障礙。當前67頁，總共84頁。聚焦、光學激光束跟蹤系統(tǒng)高能激光束目標探測器 升降機發(fā)散角0.01毫弧度，跟蹤精度1’’發(fā)射望遠鏡直徑1m。安裝在15米高的望遠鏡上。激光排氣/熱激光器激光燃料箱據(jù)稱可破壞10公里外的低空直升

飛機的蒙皮和20

公里遠的紅外制

導導彈和光學傳 感器前西德高能激光防空坦克當前68頁，總共84頁。激光控制核聚變當前69頁，總共84頁。天文臺（激光導航星）來自納層的反射光（高度約100km)最大高度約35km來自空氣分子的Rayleigh光當前70頁，總共84頁。激光測距與激光雷達當前71頁，總共84頁。激光切割當前72頁，總共84頁。長度測量當前73頁，總共84頁。生物和醫(yī)學應用當前74頁，總共84頁。飛秒激光的典型應用——微納米加工當前75頁，總共84頁。納米牛Ti:S780nm,150fs,76MHz1.4NA高倍顯微物鏡聚焦SCR500resin(JSR,Japan)+urethaneacrylate(尿脘丙烯酸脂）光聚合分辨率120nm牛尺寸10μm×7μmNature,Vol.412,697.2001（H.B.Sunetal))當前76頁，總共84頁。當前77頁，總