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1、光机电测控技术基础任课教师任课教师: :严晗严晗武汉理工大学武汉理工大学机电工程学院机电工程学院第第2章章 光电技术基础光电技术基础目录目录2-1 光的基本概念光的基本概念2-2 光辐射光辐射2-3 热辐射热辐射2-4 光源的基本特性参数光源的基本特性参数2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述2024/9/6u牛顿牛顿微粒说微粒说u根据光直线传播现象，对反射和折射做了解根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释释u不能解释较为复杂的光现象：干预、衍射和不能解释较为复杂的光现象：干预、衍射和偏振偏振u波动理论波动理论u惠更斯、杨氏和费涅耳等惠更斯、杨氏和费涅耳
2、等u解释光的干涉和衍射现象解释光的干涉和衍射现象u麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波2-1 光的基本概念光的基本概念2024/9/6u光量子说光量子说u1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论辐射的量子论u1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念时提出光量子的概念u光子的能量与光的频率成正比光子的能量与光的频率成正比u光具有波粒二象性光具有波粒二象性2-1 光的基本概念光的基本概念光辐射光辐射狭义：可见光狭义：可见光广义：可见光、广义：可见光、 红外辐射、红外辐射、 X射线、紫外
3、射线、紫外辐射辐射2-1 光的基本概念光的基本概念辐射度学量：用能量单位描述光辐射能的客观物理量 （物理的，用下脚标“e表示）光度学量：描述光辐射能被平均人眼接受后所引起的视觉 刺激的强度生理的，用下脚标“v表示）光度学量是以人眼对光辐射刺激所产生的视觉为基础，受到了主观视觉的限制，不是客观的物理学描述方法。辐射度学量和光度学量是一一对应的，它们之间有着一定的关系。2-2 光辐射光辐射2024/9/6辐射度学量辐射度学量u辐射能辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、传：一种以电磁波的形式发射、传播或接受的能量。单位：焦耳播或接受的能量。单位：焦耳Ju辐射通量辐射通量e：单位时间内通过一定面积发
4、射、：单位时间内通过一定面积发射、传播或接受的能量，又称辐射功率传播或接受的能量，又称辐射功率Pe，是辐，是辐射能的时间变化率。单位：瓦射能的时间变化率。单位：瓦W。u e=d Qe/dtu辐射是一种能量形式，既有电磁性质，又有量子性质。辐射是一种能量形式，既有电磁性质，又有量子性质。辐射伴随着能量的转移。辐射伴随着能量的转移。2-2 光辐射光辐射u辐射强度辐射强度Ie ：点辐射源在给定方向单位立体：点辐射源在给定方向单位立体角内的辐射通量，单位为角内的辐射通量，单位为W/sr瓦每球面度），瓦每球面度），u Iededu辐射亮度辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给：扩展源表面一点处的面元在
5、给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量。单位为的辐射通量。单位为Wsrm2瓦每球面度瓦每球面度平方米）平方米）2-2 光辐射光辐射u辐射照度辐射照度EeEe：投射在单位面积上的辐射通量，：投射在单位面积上的辐射通量，即即Ee Ee de dedAdA，单位为，单位为W Wm2(m2(瓦每平方瓦每平方米米) )。udAdA是投射辐射通量是投射辐射通量dede的面积元。的面积元。u辐射出射度辐射出射度MeMe： 扩展辐射源单位面积所辐扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即射的通量，即dededSdS，udede由是扩展源表面由是扩展源表面dSdS在各方
6、向上所发出的在各方向上所发出的辐射通量，单位为辐射通量，单位为 W/m2( W/m2(瓦每平方米瓦每平方米) )。u Ee Ee和和MeMe的单位相同，其区别在于：的单位相同，其区别在于： Ee Ee是描是描述辐射接收面所接收的辐射特性，而述辐射接收面所接收的辐射特性，而MeMe则为则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。2-2 光辐射光辐射q辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成。辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成。为了研究各种波长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的为了研究各种波长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的辐射能量作
7、出相应的定义。辐射能量作出相应的定义。q q光谱辐射通量光谱辐射通量 e e）：辐射源发出的光在波长）：辐射源发出的光在波长处的单处的单位波长间隔内的辐射通量。也叫辐射通量的光谱密度。位波长间隔内的辐射通量。也叫辐射通量的光谱密度。q即光谱辐射通量是辐射通量随波长的变化率。即光谱辐射通量是辐射通量随波长的变化率。 单位为单位为Wm(瓦每微米瓦每微米)，或，或Wnm(瓦每纳米瓦每纳米)。2-2 光辐射光辐射光度学量光度学量u光谱光视效率：光谱光视效率：u人的视神经对各种不同波长光的感光灵敏度人的视神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的；对绿光最灵敏，对红、蓝光灵是不一样的；对绿光最灵敏，对红
8、、蓝光灵敏度较低；敏度较低；u另外，受视觉生理和心理影响，不同的人对另外，受视觉生理和心理影响，不同的人对各种波长光的感光灵敏度也有差异。各种波长光的感光灵敏度也有差异。u视见函数（视见函数（“标准光度观察者光谱光视效标准光度观察者光谱光视效率）：国际照明委员会率）：国际照明委员会CIECIE根据对许多人根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度。的平均相对灵敏度。2-2 光辐射光辐射明视觉光谱光视效率：亮度明视觉光谱光视效率：亮度明视觉光谱光视效率：亮度明视觉光谱光视效率：亮度 3cd/m2 3cd/m2，V ()V ()，峰值在
9、，峰值在，峰值在，峰值在 555nm 555nm，锥体细胞，锥体细胞，锥体细胞，锥体细胞暗视觉光谱光视效率：亮度暗视觉光谱光视效率：亮度暗视觉光谱光视效率：亮度暗视觉光谱光视效率：亮度 0.001cd/m2 mq比零等星更亮的星为负数。比零等星更亮的星为负数。自然光源自然光源2-4 光源的基本特性参数光源的基本特性参数各自然辐射源的星等和地面的照度各自然辐射源的星等和地面的照度辐射源辐射源星等星等对地面的照度（对地面的照度（lx）太阳太阳-26.731.30105点光源（点光源（1cd距距1m处）处）-13.91.00满月满月-12.52.6710-1金星（最亮时）金星（最亮时）-4.31.3
10、910-4天狼星天狼星-1.429.810-6零等星零等星02.6510-6一等星一等星11.0510-6六等星六等星61.0510-82-4 光源的基本特性参数光源的基本特性参数光源亮度比较光源亮度比较光源及条件光源及条件光源及条件光源及条件光亮度光亮度光亮度光亮度光源及条件光源及条件光源及条件光源及条件光亮度光亮度光亮度光亮度光源及条件光源及条件光源及条件光源及条件光亮度光亮度光亮度光亮度太阳太阳(大气外测定大气外测定)1.9109低压汞灯低压汞灯23104碘钨灯碘钨灯5107太阳太阳(海平面测定海平面测定)1.6109钠光灯钠光灯12105碳弧灯碳弧灯1.8108月月 亮亮2.51035
11、0W钨丝灯钨丝灯4.08106超高压汞灯超高压汞灯108 109天空天空(夏天平均夏天平均)5103200W充气钨充气钨丝灯丝灯1.33107超高压氙灯超高压氙灯1010天空天空(秋天平均秋天平均)31032500K黑体黑体5.3106球形脉冲氙灯球形脉冲氙灯1011氖氖 灯灯110310000K黑体黑体1.121010乙炔焰乙炔焰8104气体、固体激光器气体、固体激光器(W/m2 sr)1051010调调Q激光器激光器(W/m2 sr)10141017单位：单位：cd/m22-4 光源的基本特性参数光源的基本特性参数q光源是一门专门技术学科，涉及光学、原子物理、光源是一门专门技术学科，涉及光
12、学、原子物理、电真空和色度学等多门知识，内容非常丰富。而电真空和色度学等多门知识，内容非常丰富。而且，随着光源技术的发展，可提供光电探测用的且，随着光源技术的发展，可提供光电探测用的光源品种也日趋增多。光源品种也日趋增多。q热辐射光源热辐射光源q气体放电光源气体放电光源q固体发光光源固体发光光源q激光器激光器2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源一、热辐射光源一、热辐射光源q热辐射光源三个特点：热辐射光源三个特点：q(1)它们的发光特性都可以利用普朗克公式进行精确的估它们的发光特性都可以利用普朗克公式进行精确的估算，即可以精确掌握和控制它们发光或辐射性质；算，即可以精确掌握和控制它们发光或辐
13、射性质；q(2) 发出的光通量构成连续的光谱，且光谱范围很宽，但发出的光通量构成连续的光谱，且光谱范围很宽，但紫外辐射和可见光辐射含量很少；紫外辐射和可见光辐射含量很少；q(3)采用适当的稳压或稳流供电，可使这类光源的光输出采用适当的稳压或稳流供电，可使这类光源的光输出获得很高的稳定度。获得很高的稳定度。q应用：热辐射光源除了用作照明或在各种光学和光电探测应用：热辐射光源除了用作照明或在各种光学和光电探测系统中充当一般光源外，还可用作光度或辐射度测量中的系统中充当一般光源外，还可用作光度或辐射度测量中的标准光源或标准辐射源标准光源或标准辐射源(辐射定标辐射定标)。其作用是完成计量工。其作用是完
14、成计量工作中的光度或辐射度标准的传递。这在光学和光电检测中作中的光度或辐射度标准的传递。这在光学和光电检测中是必不可少的。是必不可少的。2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源1. 1. 人造黑体辐射源人造黑体辐射源光谱范围：红外光区光谱范围：红外光区光谱范围：红外光区光谱范围：红外光区(0.75m(0.75m(0.75m(0.75m2.5m2.5m2.5m2.5m或或或或0.75m 0.75m 0.75m 0.75m 6m)6m)6m)6m)构造构造辐射源：铜或不锈钢圆筒内辐射源：铜或不锈钢圆筒内有圆锥腔有圆锥腔绝缘层：石棉和硅酸盐水泥绝缘层：石棉和硅酸盐水泥加加 热：电阻丝加热热：电阻丝加
15、热温温 度：温度计、自动控温度：温度计、自动控温仪仪光光 阑：黑体辐射输出阑：黑体辐射输出2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源2 2白炽灯白炽灯2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源q白炽灯将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光白炽灯将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。自的电光源。自18791879年，美国的爱迪生制成了碳化纤维即碳年，美国的爱迪生制成了碳化纤维即碳丝白炽灯以来，经人们对灯丝材料、灯丝结构、充填气体丝白炽灯以来，经人们对灯丝材料、灯丝结构、充填气体的不断改进，白炽灯的发光效率也相应提高。的不断改进，白炽灯的发光效率也相应提高。q现代的钨丝白炽灯
16、到现代的钨丝白炽灯到19081908年才由美国发明家库利奇试制成功。年才由美国发明家库利奇试制成功。发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料最可贵的特点是其发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料最可贵的特点是其熔点很高，即在高温下仍能保持固态。一只点亮的白炽灯的熔点很高，即在高温下仍能保持固态。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达灯丝温度高达30003000。正是由于炽热的灯丝产生了光辐射，。正是由于炽热的灯丝产生了光辐射，才使电灯发出了明亮的光芒。才使电灯发出了明亮的光芒。q因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑，所以
17、白炽灯都被造成面上沉积，使灯泡变黑，所以白炽灯都被造成“大腹便便大腹便便的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表面上弥散开。否则的话，灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。面上弥散开。否则的话，灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。由于灯丝在不断地被升华，所以会逐渐变细，直至最后断开，由于灯丝在不断地被升华，所以会逐渐变细，直至最后断开，这时一只灯泡的寿命也就结束了。这时一只灯泡的寿命也就结束了。2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源q发射连续光谱，在可见光谱段中部和黑体辐射曲线相差约发射连续光谱，在可见光谱段中部和黑体辐射曲线相差约0.5
18、，而在整个光谱段内和黑体辐射曲线平均相差，而在整个光谱段内和黑体辐射曲线平均相差2。q灯丝的热电阻的阻值是其冷电阻阻值的灯丝的热电阻的阻值是其冷电阻阻值的1216倍，所以，倍，所以，在灯的启动瞬时有较大的电流。在选择熔断器或用白炽灯在灯的启动瞬时有较大的电流。在选择熔断器或用白炽灯作半导体整流的负载时，应考虑这个瞬时电流。作半导体整流的负载时，应考虑这个瞬时电流。q电压与参数关系图电压与参数关系图q用于照明时浪费电能用于照明时浪费电能2-5 光电技术中的光源光电技术中的光源q在所有用电的照明灯具中，白炽灯的效率是最低的，它所在所有用电的照明灯具中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的
19、部分，即消耗的电能只有很小的部分，即12121818可转化为光能，可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。至于照明时间，这种而其余部分都以热能的形式散失了。至于照明时间，这种电灯的使用寿命通常不会超过电灯的使用寿命通常不会超过10001000小时。小时。 q澳大利亚：澳大利亚：20092009年停止生产，最晚在年停止生产，最晚在20192019年逐步禁止使用年逐步禁止使用传统的白炽灯。传统的白炽灯。 澳大利亚是世界上第一个计划全面禁止澳大利亚是世界上第一个计划全面禁止使用传统白炽灯的国家。使用传统白炽灯的国家。q台湾：规划台湾：规划20192019年开始执行白炽灯禁产政策，年开始执行白炽
20、灯禁产政策，20192019年全面年全面禁产。禁产。q美国：美国：20192019年年1 1月到月到20192019年年1 1月。月。 q中国：预计中国：预计1010年内禁用禁售白炽灯，为加快推进节能年内禁用禁售白炽灯，为加快推进节能减排，逐步淘汰白炽灯，加快推广节能灯，国家发改委日减排，逐步淘汰白炽灯，加快推广节能灯，国家发改委日前与联合国开发计划署前与联合国开发计划署UNDPUNDP）、全球环境基金）、全球环境基金GEFGEF合作共同开展合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯工程，支持研究编制工程，支持研究编制 P 计量光栅计量光栅精密测量中的测
21、量元件精密测量中的测量元件P P 衍射光栅衍射光栅光谱仪器中的分光元件光谱仪器中的分光元件P P 亚波长光栅亚波长光栅增透、偏振元件增透、偏振元件按制作方法分类：刻划光栅、复制光栅按制作方法分类：刻划光栅、复制光栅 资料：玻璃光栅、金属光栅资料：玻璃光栅、金属光栅 表面结构：黑白光栅、相位光栅表面结构：黑白光栅、相位光栅计量光栅计量光栅2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述.2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述复制技术基底基底压模压模印章印章紫外光复制元件复制元件曝光曝光印章印章复制元件复制元件分别分别印章印章基底基底印章S
22、URPHEXTM（a a）（d d）（c c）（b b）干干性性光光聚聚合合物物紫紫外外成成型型压压模模技技术术2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述计量光栅莫尔条纹的形式计量光栅莫尔条纹的形式q横向莫尔条纹：横向莫尔条纹：P1P2 ，夹角，夹角较小较小q纵向莫尔条纹：纵向莫尔条纹：P1P2 ，P1与与P2接近，接近， 0q斜向莫尔条纹：斜向莫尔条纹：P1P2 ，P1与与P2接近，接近， 02-6 光辐射调制概述光辐射调制概述莫尔条纹的几何特征莫尔条纹的几何特征q条纹宽度条纹宽度 （一般（一般很小）很小）q光栅移动光栅移动P P，条纹移动，条纹移动B B，qPBPB，q莫尔条纹具有放大作用，莫尔
23、条纹具有放大作用，q放大倍数放大倍数2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述莫尔条纹的测量莫尔条纹的测量q莫尔条纹的移动量：莫尔条纹的移动量：qN N： 移动过检测点的莫尔条纹的整数部分移动过检测点的莫尔条纹的整数部分qBYBY：莫尔条纹宽度：莫尔条纹宽度qq q ： 莫尔条纹的小数部分莫尔条纹的小数部分q光栅的移动量光栅的移动量2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述声光调制声光调制概念：概念：弹光效应：当一块各向同性的透明介质受外力作用时，介质弹光效应：当一块各向同性的透明介质受外力作用时，介质的折射率会发生变化。的折射率会发生变化。声光效应：声波是一种机械应力弹性波，当超声波作用声光效应：声波是
24、一种机械应力弹性波，当超声波作用声光效应：声波是一种机械应力弹性波，当超声波作用声光效应：声波是一种机械应力弹性波，当超声波作用于介质时，也会引起弹光效应。通常把超声波引起的弹于介质时，也会引起弹光效应。通常把超声波引起的弹于介质时，也会引起弹光效应。通常把超声波引起的弹于介质时，也会引起弹光效应。通常把超声波引起的弹光效应称为声光效应。光效应称为声光效应。光效应称为声光效应。光效应称为声光效应。声光栅：当超声波在声光介质中传播时，介质密度呈疏密声光栅：当超声波在声光介质中传播时，介质密度呈疏密声光栅：当超声波在声光介质中传播时，介质密度呈疏密声光栅：当超声波在声光介质中传播时，介质密度呈疏密
25、的交替变化，这会导致折射率大小的交替变化。这样，可的交替变化，这会导致折射率大小的交替变化。这样，可的交替变化，这会导致折射率大小的交替变化。这样，可的交替变化，这会导致折射率大小的交替变化。这样，可以把超声波作用下的介质等效为一块以把超声波作用下的介质等效为一块以把超声波作用下的介质等效为一块以把超声波作用下的介质等效为一块“相位光栅相位光栅相位光栅相位光栅”，即声，即声，即声，即声光栅。光栅的条纹间隔等于超声波的波长光栅。光栅的条纹间隔等于超声波的波长光栅。光栅的条纹间隔等于超声波的波长光栅。光栅的条纹间隔等于超声波的波长ssss。声光衍射：声光栅与光学条纹光栅相似，当入射光束通过声光衍射
26、：声光栅与光学条纹光栅相似，当入射光束通过声光衍射：声光栅与光学条纹光栅相似，当入射光束通过声光衍射：声光栅与光学条纹光栅相似，当入射光束通过该介质时，则入射光波被声光栅衍射。衍射光束的强度、该介质时，则入射光波被声光栅衍射。衍射光束的强度、该介质时，则入射光波被声光栅衍射。衍射光束的强度、该介质时，则入射光波被声光栅衍射。衍射光束的强度、频率和方向等都随着超声场的变化而变化。频率和方向等都随着超声场的变化而变化。频率和方向等都随着超声场的变化而变化。频率和方向等都随着超声场的变化而变化。2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述声光衍射的分类声光衍射的分类qQ10 时，时， 布拉格衍射布拉格衍射q
27、1Q10 时，时， 两种衍射的混合特性两种衍射的混合特性KsKs： 超声波的波矢模超声波的波矢模超声波的波矢模超声波的波矢模K K： 光的波矢模光的波矢模光的波矢模光的波矢模LSOLSO：声与光相互作用长度：声与光相互作用长度：声与光相互作用长度：声与光相互作用长度( (声束的宽度声束的宽度声束的宽度声束的宽度) )按照超声波频率的高低以及声作用区的长度声束按照超声波频率的高低以及声作用区的长度声束按照超声波频率的高低以及声作用区的长度声束按照超声波频率的高低以及声作用区的长度声束的宽度）的宽度）的宽度）的宽度）拉曼拉曼拉曼拉曼- - - -奈斯衍射、布拉格衍射奈斯衍射、布拉格衍射奈斯衍射、布
28、拉格衍射奈斯衍射、布拉格衍射2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述拉曼奈斯衍射拉曼奈斯衍射1 1 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f0fs fs）0 0 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f0）换能器换能器换能器换能器吸声介质吸声介质吸声介质吸声介质激光器激光器激光器激光器1 1 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f0fs fs）入射光入射光入射光入射光 （f0f0）aa超声波超声波超声波超声波产生条件：产生条件：产生条件：产生条件：1)1)1)1)当超声波频率较低，当超声波频率较低，当超声波频率较低，当超声波频率较低，2)2)2)2)声光作用长度较短，声光作用长度较短，声光
29、作用长度较短，声光作用长度较短，3)3)3)3)光线垂直于声场传播方向入光线垂直于声场传播方向入光线垂直于声场传播方向入光线垂直于声场传播方向入射。射。射。射。在这种情况下，超声光栅的作在这种情况下，超声光栅的作在这种情况下，超声光栅的作在这种情况下，超声光栅的作用与普通的平面光栅类似用与普通的平面光栅类似用与普通的平面光栅类似用与普通的平面光栅类似特点：特点：特点：特点：多级衍射多级衍射多级衍射多级衍射衍射光束的极值对称分布在零衍射光束的极值对称分布在零衍射光束的极值对称分布在零衍射光束的极值对称分布在零极值的两侧极值的两侧极值的两侧极值的两侧衍射光束的强度逐级递减衍射光束的强度逐级递减衍射
30、光束的强度逐级递减衍射光束的强度逐级递减2 2 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f02fs2fs）2 2 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f02fs2fs）2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述布拉格衍射布拉格衍射入射激光入射激光入射激光入射激光 1 1 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f0fs fs）0 0 级衍射光级衍射光级衍射光级衍射光 （f0f0）换能器换能器换能器换能器吸声介质吸声介质吸声介质吸声介质 超声波超声波超声波超声波产生条件：产生条件：产生条件：产生条件：1 1 1 1超声波频率较高，超声波频率较高，超声波频率较高，超声波频率较高，2 2 2 2声光作
31、用长度较长，声光作用长度较长，声光作用长度较长，声光作用长度较长，3 3 3 3光线与声波波面有一光线与声波波面有一光线与声波波面有一光线与声波波面有一定角度斜入射。定角度斜入射。定角度斜入射。定角度斜入射。此时光通过介质时的衍此时光通过介质时的衍此时光通过介质时的衍此时光通过介质时的衍射必须考虑介质厚度的射必须考虑介质厚度的射必须考虑介质厚度的射必须考虑介质厚度的影响，其超声光栅应视影响，其超声光栅应视影响，其超声光栅应视影响，其超声光栅应视为体光栅。为体光栅。为体光栅。为体光栅。特点：特点：特点：特点：衍射光束分布不对称，只出衍射光束分布不对称，只出衍射光束分布不对称，只出衍射光束分布不对
32、称，只出现零级和现零级和现零级和现零级和1 1 1 1级或级或级或级或1 1 1 1级级级级当声波频率足够高时，可使当声波频率足够高时，可使当声波频率足够高时，可使当声波频率足够高时，可使入射光能量全部转移到零入射光能量全部转移到零入射光能量全部转移到零入射光能量全部转移到零级和级和级和级和1 1 1 1级或级或级或级或1 1 1 1级衍射极级衍射极级衍射极级衍射极值上。值上。值上。值上。2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述电光调制电光调制电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率电光调制是利
33、用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。发生变化的电光效应而进行工作的。发生变化的电光效应而进行工作的。发生变化的电光效应而进行工作的。用来作调制元件的晶体必须按相对于光轴的一些特殊方用来作调制元件的晶体必须按相对于光轴的一些特殊方用来作调制元件的晶体必须按相对于光轴的一些特殊方用来作调制元件的晶体必须按相对于光轴的一些特殊方向切割成长方形或圆柱形等形状。向切割成长方形或圆柱形等形状。向切割成长方形或圆柱形等形状。向切割成长方形或圆柱形等形状。当电场加在晶体上时，其折射率的变化可能产生线性效当电场加在晶体上时，其折射率的变化可能产生线性效当电场加在晶体上时，其折射率
34、的变化可能产生线性效当电场加在晶体上时，其折射率的变化可能产生线性效应普克尔效应或平方效应克尔效应）。应普克尔效应或平方效应克尔效应）。应普克尔效应或平方效应克尔效应）。应普克尔效应或平方效应克尔效应）。加电场的方向通常有两种方式：一是电场沿着晶体主轴加电场的方向通常有两种方式：一是电场沿着晶体主轴加电场的方向通常有两种方式：一是电场沿着晶体主轴加电场的方向通常有两种方式：一是电场沿着晶体主轴z z轴光轴方向），使电场方向与光线方向平行，产生轴光轴方向），使电场方向与光线方向平行，产生轴光轴方向），使电场方向与光线方向平行，产生轴光轴方向），使电场方向与光线方向平行，产生纵向电光效应；二是电场
35、沿晶体任一主轴纵向电光效应；二是电场沿晶体任一主轴纵向电光效应；二是电场沿晶体任一主轴纵向电光效应；二是电场沿晶体任一主轴x x轴或轴或轴或轴或y y轴或轴或轴或轴或z z轴加到晶体上，而取通光方向与电场方向相垂直，即产轴加到晶体上，而取通光方向与电场方向相垂直，即产轴加到晶体上，而取通光方向与电场方向相垂直，即产轴加到晶体上，而取通光方向与电场方向相垂直，即产生横向电光效应。生横向电光效应。生横向电光效应。生横向电光效应。2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述横向电光调制器原理横向电光调制器原理线性电光效应：某些晶体的线性电光效应：某些晶体的o o光和光和e e光在横向电光在横向电压作用下产生
36、的位相差与电压值成线性，可压作用下产生的位相差与电压值成线性，可以表述为以表述为z zy y-x-xd dL LV V2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述横向电光调制器原理横向电光调制器原理e e光方向光方向光方向光方向o o光方向光方向光方向光方向光轴光轴光轴光轴入射光入射光入射光入射光起偏器起偏器起偏器起偏器检偏器检偏器检偏器检偏器o o光和光和光和光和e e光合成振动光合成振动光合成振动光合成振动方式由方式由方式由方式由 决定决定决定决定出射光出射光出射光出射光2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述直接调制直接调制q直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导直接调制是把要传递的信息转变
37、为电流信号注入半导体光源激光二极管体光源激光二极管LDLD或半导体发光二极管或半导体发光二极管LEDLED），从），从而获得调制光信号。而获得调制光信号。q由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。它由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。它是目前光纤通信系统普遍采用的实用化调制方法。是目前光纤通信系统普遍采用的实用化调制方法。q根据调制信号的类型，直接调制又可以分为根据调制信号的类型，直接调制又可以分为q模拟调制模拟调制用连续的模拟信号如电视、语音等信用连续的模拟信号如电视、语音等信号直接对光源进行光强度调制；号直接对光源进行光强度调制；q数字调制数字调制用脉冲编码调制的数字信号对光源
38、进行用脉冲编码调制的数字信号对光源进行强度调制。强度调制。2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述直接调制特性直接调制特性调制信号调制信号调制信号调制信号输出光强信号输出光强信号输出光强信号输出光强信号直流偏置直流偏置直流偏置直流偏置输输输输出出出出功功功功率率率率t tt tt t半导体激光器的调制特性曲线半导体激光器的调制特性曲线半导体激光器的调制特性曲线半导体激光器的调制特性曲线2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述直接调制特性直接调制特性LED1LED1LED2LED2LED3LED3LED4LED4LD1LD1LD2LD2I ImAmA）P PmWmW）LEDLED和和和和LDLD调制特性比较调制特性比较调制特性比较调制特性比较2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述q磁光调制是利用光的磁光调制是利用光的FaradyFarady旋转效应。它具有所需功率低，旋转效应。它具有所需功率低，热稳定性较其他调制器好的优点。热稳定性较其他调制器好的优点。H: H: 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度L L：磁光介质的通光长度：磁光介质的通光长度：磁光介质的通光长度：磁光介质的通光长度K K：磁光系数范德特常数）：磁光系数范德特常数）：磁光系数范德特常数）：磁光系数范德特常数）2-6 光辐射调制概述光辐射调制概述
