发光器件与光控器件PPT讲稿.ppt

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1、发光器件与光控器件第1页，共48页，编辑于2022年，星期五一、发光器件一、发光器件 光的发生一般有两种方式，即温度辐射温度辐射与发光发光，温度辐射就是指物体在高温加热时的辐射，例如电灯变亮就是钨丝加热的结果。在温度引起的辐射之外的物体固有的有选择性的辐射现象统称为发光。发光又因激发方式和物质而有所不同，因此又分为光致发光，阴极射线发光，放射线发光，电致发光，注入式电发光等。一切由辐射体的分子和原子的热运动（振动或转动）而产生的全部辐射叫热辐射，辐射体的温度上升时，其带电粒子的动能增加。因而其发射的辐通量也增加。同时，物体的温度增高时，不但它的辐射量也增大，而且它的光谱组成也有变化。当运动的粒

2、子具有很大动能（即辐射体的温度很高）时，就能产生可见的辐射。第2页，共48页，编辑于2022年，星期五光致发光材料的主要作用是将一种波长的光转换为另一种波长，即它能吸收一种波长的入射光、而后发射另一种波长的光。（即在发光材料中用能量高的光子激发能量低的光子）。现在已发现有些材料可将长波光转换成短波光（即几个能量小的光子激发出一个能量高的光子）。光致发光的主要应用是照明和一些特殊光源。例如用于日光灯、黑光灯、高压水银荧光灯等。第3页，共48页，编辑于2022年，星期五下面主要介绍激光器激光器和半导体发光二极管半导体发光二极管这两种发光器件。1、激光器激光器 激光器是一种新型光源，和钨丝灯等常见光

3、源相比，有许多突出的特点：方向性强、单色性好、相干性好、亮度高等。激光的发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直线。氦氖激光的谱线宽度，只有 nm，颜色非常纯。激光的产生和一般光不同，它的发光原子彼此间都密切联系着，各发光原子所发出的光，振动方向、频率、相位等都相同，因此具有良好的相干条件。激光的能量十分集中，一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达 ，比太阳表面的亮度还高若干倍。第4页，共48页，编辑于2022年，星期五第5页，共48页，编辑于2022年，星期五下面简要介绍两种激光器的工作过程和特点1)1)氦氖激光器氦氖激光器 氦氖激光器的工作物质是氦氖混合气，利用气体电离的方法使粒子数反转。主

4、要发光物质是氖气。但是如果只使用氖气，电离电压必须很高，所以要掺入适量的氦，首先使氦气电离，然后利用氦气电离时产生的电子去电离氖气。氦氖激光器能够发出三种波长的谱线，即0.6328m、1.15m、3.39m；其中最常用其中最常用的是波长为的是波长为0.6328m0.6328m（桔红色）（桔红色）的激光。第6页，共48页，编辑于2022年，星期五2)2)注入式半导体激光器注入式半导体激光器 注入式半导体激光器的基本结构基本结构就是一个PN结，为了产生激光。半导体要进行重掺杂，杂质浓度为 。在这样高的杂质浓度下，PN结的能带结构如下图a所示。当给PN结加以正电压（P端接高电位）时，PN结的能带则变

5、为图b的形式。注入式半导体激光器中注入式半导体激光器中PN结的能带结的能带这时，电子要从N区向P区注入，空穴要从P区向N区注入。在结区，导带中电子的数目将超过价带中电子的数目，从而即实现了导带对于价带的粒从而即实现了导带对于价带的粒子数反转。子数反转。第7页，共48页，编辑于2022年，星期五另外，作为激光器还要有谐振腔，它是利用半导体晶体的自然解理面来充当的。例如，砷化镓晶体是立方形的，有三组彼此垂直的晶面，每组晶面严格的彼此平行，而且极光滑，经过适当加工即可成为谐振腔。砷化镓单晶砷化镓单晶半导体激光器半导体激光器第8页，共48页，编辑于2022年，星期五注入式半导体激光器的工作过程工作过程

6、如下：加外电源使PN结进行正偏置。正向电流达到一定程度时，PN结区即发生导带对于价带的粒子数反转。这时，导带中的电子会有一部分发生辐射跃迁，同时产生自发辐射。自发辐射出来的光，是无方向性的。但其中总会有一部分光是沿着谐振腔腔轴方向传播的，往返于半导体之间。通过这种光子的诱导，即可使导带中的电子产生受激辐射（光放大）。受激辐射出来的光子又会进一步去诱导导带中的其它电子产生受激辐射。如此下去，在谐振腔中即形成了光振荡，从谐振腔两端发射出激光。半导体激光器发光原理示意图半导体激光器发光原理示意图第9页，共48页，编辑于2022年，星期五 制作半导体激光器的材料材料多为 ，发光波长为800900nm，

7、(随x而变化），谱线宽度约031nm。有些激光器为了使激光从芯片的一端发出，而在芯片的另一端常涂以金或银的薄作为反射膜。半导体激光器的优点优点是，电光转换效率高，体积小，结构稳定，使用方便。因此多用作便携式光源。此外，使用半导体激光泵浦倍频晶体产生蓝绿色激光，拓展了广阔的应用前景。第10页，共48页，编辑于2022年，星期五2 2、半导体发光二极管、半导体发光二极管 半导体发光二极管和注入式半导体激光器类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。只是它的结构公差没有激光器那么严格，而且无粒子数反转、谐振腔等条件要求。所以，所发出的光不是激光，而是荧光。由于它的结构简单，体积小

8、，工作电流小，使用方便，成本低，所以在光电系统中应用得也极为普遍。发光二极管按发光波长来分，有红外发光二极管红外发光二极管和可见光发光可见光发光二极管二极管（LCD）两种。它们的结构原理都是类似的，下面着重以红外发光二极管为例作一介绍 第11页，共48页，编辑于2022年，星期五1)发光二极管的发光原理 发光二极管的发光原理同样可以用前图PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。而当给PN结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到

9、P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合相遇时，便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度 ，即 由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。另外，有些材料由于组分和掺杂不同，例如，有的具有很复杂的能带结构，相应的还有间接跃迁辐射等，因此有各种各样的发光二极管。第12页，共48页，编辑于2022年，星期五通过发光二极管的电流与加到二极管两端电压之间的关系，称为发光二极管的伏安特性。图中，为开启电压。U时，二极管导通发光。U时，二极管截止不发光。的

10、大小与材料、工艺等因素有关。一般GaAs管的约为1.3V；GaP管的约为2V；GaAsP管的约为1.6V；GaAlAs管的约为1.55V。2)发光二极管的主要特性（1）伏安特性发光二极管伏安特性曲线发光二极管伏安特性曲线第13页，共48页，编辑于2022年，星期五(2)发光亮度 发光二极管的发光亮度，基本上是发光亮度，基本上是正比于电流密度的正比于电流密度的（如图给出的是各种发光二极管的光出射度与电流密度关系），由图可见，一般管的发光亮度都与电流密度成正比例，只有”GaP红”的发光亮度略有随电流密度的增加而趋于饱和的现象。亮度正比于电流密度这种性质，对于采用脉冲驱动的方式是很有利的，它可以在平

11、均电流与直流电流相等的情况下，获得很高的亮度。各种发光二极管发光出射度与各种发光二极管发光出射度与电流密度的关系曲线电流密度的关系曲线第14页，共48页，编辑于2022年，星期五（3）光谱特性几种几种LED的光谱特性曲线的光谱特性曲线 发光二极管所发出的光不是纯单色光，但是，除了激光外，它的谱线宽度都比其它光源所发出光的谱线窄。例如，砷化镓发光二极管的谱线宽度只有25nm。因此，可认为是单色光。其它发光二极管的光谱特性曲线示于图。第15页，共48页，编辑于2022年，星期五（4）温度特性 温度对PN结的复合发光是有影响的，在偏置电压不变的情况下，结温升高到一定程度后，电流将变小，发光亮度减弱，

12、电流与温度的关系大致如上图所示。发光电流与温度的关系曲线发光电流与温度的关系曲线第16页，共48页，编辑于2022年，星期五 （5）时间响应 这里说的时间响应，是指发光二极管启亮与熄灭时的时间延迟。发光二极管的响应时间很短，一般只有几纳秒至几十纳秒。当利用脉冲电流去驱动发光二极管时，应考虑到脉冲宽度、空度比当利用脉冲电流去驱动发光二极管时，应考虑到脉冲宽度、空度比与响应时间的关系与响应时间的关系。（6）寿命 发光二极管的寿命都很长，在电流密度j1A/的情况下，可达 h以上。不过，电流密度对二极管的寿命是有影响的电流密度对二极管的寿命是有影响的，电流密度大时，发光亮度高，寿命就会很快缩短。第17

13、页，共48页，编辑于2022年，星期五3)发光二极管的使用要点(1)开启电压发光二极管的电特性和温度特性都与普通的硅、锗二极管类似。只是正向开启电压一般都比普通的硅、锗二极管大些，而且因品种而异。(2)温度特性利用发光二极管和硅的受光器件进行组合使用时，应注意到二者的温度特性是相反的。温度升高时，发光二极管的电光转换效率变小，亮度减弱。而硅的受光器件，光电转换效率却是增加的。所以使用时，应把二者放到一起考虑，注意其组合后的整体温度特性。(3)方向特性发光二极管一般都带有圆顶的玻璃窗，当利用它和受光器件组合时，应注意到这一结构上的特点。发光管与受光管二者对得不准时，效果会变得很差。第18页，共4

14、8页，编辑于2022年，星期五二、光控器件光控器件 光控器件是对光的参量（振幅、频率、相位、偏振状态和传播方向等）进行控制的器件。使光的参量发生变化的过程称为调制使光的参量发生变化的过程称为调制。一般应用最多的是对光的振幅调制。因为光强与光的振幅平方成正比例，因此对光的振幅调制也就是对光强的调制。第19页，共48页，编辑于2022年，星期五光的调制，有内调制内调制与外调制外调制两种。内调制是指从发光器的内部采取措施，使光受到的调制。内调制是指从发光器的内部采取措施，使光受到的调制。例如，半导体激光器和半导体发光二极管所发的光，都与通过它的电流强度成正比例，改变电流强度，也就改变了它们的发光强度

15、；激光器的发光都与光腔有关，如果把调制措施引入到光腔里面来，使调制器和光腔结成一个整体，也可以使出射光受到调制。一般内调制的特点是，发光机制和调制机制紧密联系，实行起来，有的简单，有的复杂，多数情形不易调整。外调制是指发光器和调制器是分开设立的，使光在传播过程中受到外调制是指发光器和调制器是分开设立的，使光在传播过程中受到调制的一种方式。调制的一种方式。其特点是，发光器与调制器没有内在联系，实行起来比较简单，而且容易调整。所以，现在光电装置中多数都采用外调制方式。调制器的性能对调制质量影响很大，一般对调制器的要求是，性能稳定，调制度高，损耗小，相位均匀，有一定的带宽等。第20页，共48页，编辑

16、于2022年，星期五1 1、电光调制器件、电光调制器件 电光效应指一些光学介质在外电场的作用下，光学特性会发生改变。当其受到外电场作用时，它的折射率将随着外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，要用张量来描述，在光学性质上变为各向异性；而不受外电场作用时，介电系数和折射率都是标量，与方向无关，在光学性质上是各向同性的。已发现两种电光效应，一种是折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，称为泡克耳斯泡克耳斯（Pockels）效应效应；另一种是折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例，称为克尔克尔（Kerr）效应效应。利用克尔效应制成的调制器，称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机液

17、体有机化合物化合物。利用泡克耳斯效应制成的调制器，称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体压电晶体。泡克耳斯盒又有纵向调制器和横向调制器两种。第21页，共48页，编辑于2022年，星期五几种电光调制器的基本结构形式几种电光调制器的基本结构形式a)克尔盒b)纵调的泡克耳斯盒c)横调的泡克耳斯盒图中，P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时使它们的光轴方向彼此垂直。第22页，共48页，编辑于2022年，星期五1)电光调制器的原理电光调制器的原理当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q时，因光的振

18、动方向垂直于Q光轴而被阻挡，所以Q没有光输出。给克尔盒加电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。第23页，共48页，编辑于2022年，星期五 Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。对前图对前图a而言的几个量的方位关系图而言的几个量的

19、方位关系图 右图示出几个偏振量的方位关系，其中，光的传播方向平行于z轴（垂直于屏幕向里）；M和N分别为起偏器P和检偏器Q的光轴方向，二者彼此垂直；为M与y轴的夹角，为N与y轴的夹角，+/2；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x轴；o光垂直于xz面，e光在xz面内。第24页，共48页，编辑于2022年，星期五设自然光经过P后所产生的平面偏振光为 Esint 由于此光的传播方向垂直于介质光轴，所以，它通过介质时产生双折射。但是，这个光的o光和e光在介质中的折射率不同，而且o光的振动方向垂直于主截面（光轴与光线所构成的平面），e光的振动方向在主截面内，所以，o光和e光在介质中的传播速度不同

20、。这两种光在介质的输入端是同相的，而通过一定厚度的介质达到输出端时，将要有一定的相位差。因此，o光和e光在介质输出端的表达式为 e光，Esintsin o光，Esin(t+)cos 式中，下标l代表介质厚度，代表o、e光通过厚度为l的介质后所产生的相位差。第25页，共48页，编辑于2022年，星期五 此式对于克尔盒和泡克耳斯盒都适用，其中的 随着盒中介质的不同而不同。可以证明，P与Q的设置，当/4时输出最强，此时上式变为式中，为通过检偏器Q的光振动的振幅。由于发光强度I正比于振幅的平方，则有当o、e光达到Q时，只有平行于Q光轴N的分量能通过，垂直于N的分量则被阻挡。所以，通过Q的光为第26页，

21、共48页，编辑于2022年，星期五 对于具有克尔效应的介质，理论分析指出，o、e光通过厚度为l的介质后，所产生的相位差为 式中，k克尔系数，与介质种类有关；U加到克尔盒两电极板上的电压；d两电极板间的距离。可见，克尔盒中可见，克尔盒中 与与U U的平方成线性关系的平方成线性关系。现作如下的讨论：1）如果U=0，则 =0，I=0。这是不给克尔盒加电压，Q Q无光无光输出时的情形输出时的情形。2）如果 ，则 ，I 。这是给克尔盒加电压，而所加的电压又满足上式的情形，这时Q有最大的光输出。o、e光相位差等于，相应的光程差为/2，即(-)l=/2。这时克尔盒这时克尔盒的作用，相当于一个的作用，相当于一

22、个1/21/2波片波片。所以，将满足这一条件的电压称为半波电压，记以 或 。第27页，共48页，编辑于2022年，星期五3）如果0U，则0，。这即是介于以上二者之间的情形。Q将因的不同而要阻挡一部分光，Q的光输出，将是以/2为参量，按正弦平方的规律变化。克尔效应的时间响应特别快克尔效应的时间响应特别快，可跟得上1010Hz的电压变化，因此可用它来作高速的电光开关。如果加到克尔盒上的电压是由其它物理量转换来的调制信号，克尔盒的光输出就要随着信号电压而变化，这时克尔盒就是电光调制器。克尔盒中所用的介质，多数都是液体，但也有少数固体，如铌酸钽钾和钛酸钡晶体等。半波电压一般为数千伏。第28页，共48页

23、，编辑于2022年，星期五 泡克耳斯盒泡克耳斯盒里所装的是具有泡克耳斯效应的电光晶体，它的自然状态就有单轴晶体的光学性质，安装时，使晶体的光轴平行于入射光线。因此，纵向调制的泡克耳斯盒，电场平行于光轴，横向调制的泡克耳斯盒，电场垂直于光轴。二者比较，横调的两电极间距离短，所需的电压低，而且可采用两块相同的晶体来补偿因温度因素所引起的自然双折射，但横调的泡克耳斯盒的调制效果不如纵调的好，目前这两种形式的器件都很常用。b)纵调的泡克耳斯盒纵调的泡克耳斯盒c)横调的泡克耳斯盒横调的泡克耳斯盒第29页，共48页，编辑于2022年，星期五 以纵调的泡克耳斯盒为例说明其电光调制原理。在不给泡克耳斯盒加电压

24、时，由于P产生的平面偏振光平行于光轴方向入射于晶体，所以它在晶体中不产生双折射，也不分解为o、e光。当光离开晶体达到Q时，光的振动方向没变，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻挡，Q无光输出。当给泡克耳斯盒加以电压时，电场会使晶体感应出一个新的光轴OG。OG的方向发生于同电场方向相垂直的平面内。的方向发生于同电场方向相垂直的平面内。由于这种电感应，便使晶体产生了一个附加的各向异性。使晶体对于振动方向平行于OG和垂直于OG的两种偏振光的折射率不同，因此这两种光在晶体中传播速度也就不同。当它们达到晶体的出射端时，它们之间则存在着一定的相位差。合成后，总光线的振动方向就不再与Q的光轴N垂直，

25、而是在N方向上有分量，因此，这时Q则有光输出。第30页，共48页，编辑于2022年，星期五 因为晶体是各向异性的，在不同方向有不同的光学性质，所以要用二阶电光张量rij来描述。但可以证明，对于泡克耳斯盒中的晶体，因电感应产生出来的两种新偏振光（平行于OG的和垂直于OG的），只用r63一个量就够了。这两种偏振光，经过厚度为l的晶体所产生的相位差为 式中，晶体对于o光的折射率；r63电光系数，单位为m/V；U外加电压；光在真空中的波长。第31页，共48页，编辑于2022年，星期五 对泡克耳斯盒，半波电压为 此时，Q的光输出最大。泡克耳斯效应的时间响应也特别快，能跟得上 Hz的电压变化，而且 与U成

26、线性关系，所以多用泡克耳斯盒来作电光调制器。第32页，共48页，编辑于2022年，星期五 2 2）电光调制器的主要性能参量）电光调制器的主要性能参量 （1）半波电压 （或 ）是使调制器光输出达到最大时所需的电压，这个电压自然是越小越好。这样，既便于操作，又可减少电功率损耗和发热。（2）透过率 调制器的光输出 与光输入 之比：对于线性调制器，要求信号不失真，调制器的透过率与调制电压能有良好的线性关系。可是从上式看，在U=0附近并不是直线，而在U 附近可近似为一条直线。所以，静态工作点一般都设在 /2 附近。第33页，共48页，编辑于2022年，星期五 当U /2时，泡克耳斯盒的作用相当于一个/4

27、波片。所以，为了使静态工作点能设在直线区，常在泡克耳斯盒和检偏器Q之间插入1个1/4波片。这样即可得到与偏压 /2相同的效果。加加/4波片的泡克耳斯盒示意图波片的泡克耳斯盒示意图泡克耳斯盒加泡克耳斯盒加/4波片与不加波片与不加/4波片波片的区别示意图的区别示意图a)不加/4波片b)加/4波片第34页，共48页，编辑于2022年，星期五3）调制带宽ff与调制器的等效电容有关，低频时f与调制功率成正比。这就要求光波在晶体中的渡越时间 要远小于调制信号的周期T，即 式中，l晶体长度，n晶体的折射率，c真空中的光速，f调制频率。因此，对于一定的调制器有一最高调制频率第35页，共48页，编辑于2022年

28、，星期五4）消光比消光比的定义是检偏器的最大输出与最小输出之比，即/。由于吸收、反射、散射等损耗，总是小于入射光强，而是与光束的发散角、晶体的剩余双折射、晶体的厚度和均匀性、电场的均匀性以及对偏振器的调整等因素有关。目前对单色、小发散角的激光束来说，消光比可达10010000。第36页，共48页，编辑于2022年，星期五1.叙述半导体激光器和发光二极管的发光原理2叙述电光调制器克尔盒的工作原理第37页，共48页，编辑于2022年，星期五2、声光调制器件与偏转器件声光调制器件与偏转器件 声光效应声光效应：声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）周期性变化，可将此声波视为一种条纹光栅，光栅的栅

29、距等于声波的波长，当光波入射于声光栅时，即发生光的衍射。声光器件是基于声光效应的原理来工作的，分为声光调制器和声光偏转器两类，它们的原理、结构、制造工艺相同，只是在尺寸设计上有所区别。声光器件的基本结构示意图声光器件的基本结构示意图声光器件由声光介质声光介质和换能器换能器两部分组成。常用的声光介质有钼酸铅晶体（PM）、氧化碲晶体和熔石英等。换能器即超声波发生器，它是利用压电晶体使电压信号变为超声波，并向声光介质中发射的一种能量变换器。第38页，共48页，编辑于2022年，星期五声光相互作用有两种情形：1.正常光声相互作用正常光声相互作用。介质的光学性质是各向同性的，介质的折射率与入射光的方向、

30、偏振状态无关，此时，入射光的折射率、偏振状态与衍射光的折射率、偏振状态相同。可从各向同性介质中光的波动方程出发，利用介质应变与折射率变化之间的关系，来描述声光效应，可用声光栅来说明光在介质中的衍射。2.反常声光相互作用反常声光相互作用。介质的折射率与入射光的方向、偏振状态有关，需要考虑介质在光学性质上的各向异性。这时，入射光的折射率、偏振状态与衍射光的折射率、偏振状态不同。此时，就不能用声光栅来说明光在介质中的衍射现象了。目前，多数的声光器件都是利用正常声光相互作用原理来制作的，所以可用声光栅来分析。第39页，共48页，编辑于2022年，星期五式中，为入射角，实际是掠射角，它是入射光线与超声波

31、波面之间的夹角；和K分别为超声波的波长和波数（K2/）；和k分别为入射光波的波长和波数（k2/）；N为衍射光的级数。超声场中，由于介质密度周期性的疏密分布而形成声光栅，栅距等于1个超声波的波长。如果有一束光以 角入射于声光栅，则出射光即是衍射光。理论分析指出，当 满足以下条件时，衍射光强最大。第40页，共48页，编辑于2022年，星期五 若掠射角 0，即入射光平行于声光栅的栅线入射时，声光 栅所产生的衍射光图案和普通光学光栅所产生的衍射光图案类似，也是在零级条纹两侧，对称地分布着各级衍射光的条纹，而且衍射光强逐级减弱。这种衍射称为喇曼喇曼-奈斯衍射奈斯衍射。理论分析指出，衍射光强和超声波的强度

32、成正比例衍射光强和超声波的强度成正比例。因此，即可利用这一原理来对入射光进行调制。调制信号如果是非电信号的话，首先要把它变为电信号，然后作用到超声波发生器上，使声光介质产生的声光栅与调制信号相对应。这时入射激光的衍射光强，则正比于调制信号的强度。这就是声光调制器的原理。实现喇曼-奈斯衍射的条件是:式中，L称为声光相互作用长度。第41页，共48页，编辑于2022年，星期五 掠射角 0时，一般情况下，衍射光都很弱，只有满足条件:时，衍射光最强。上式称为布拉格条件布拉格条件。此时的衍射光是不对称的，只有正一级或负一级。衍射效率（衍射光强与入射光强之比）可接近100%。这种衍射称为布拉格衍射布拉格衍射

33、。掠射角 与衍射角 之和，也称为偏转角。即 式中，v和F分别为超声波在介质中的传播速度和频率。由此可知，偏转角正比于超声波的频率。故改变超声波的频率（实际是改变换能器上电信号的频率）即可改变光束的出射方向，这就是声光偏转器的原理。声光偏转器的原理。使上式成立的条件是:第42页，共48页，编辑于2022年，星期五3、磁光调制器件与隔离器件磁光调制器件与隔离器件 原来没有旋光性的透明介质，如水、铅玻璃等，放在强磁场中，可产生旋光性，这种现象称为法拉第效应法拉第效应。具体的现象是，把磁光介质放到磁场中，使光线平行于磁场方向通过介质时，入射的平面偏振光的振动方向就会发生旋转，转角的大小与磁光介质的性质

34、、光程和磁场强度等因素有关。其规律为 VlHcos 式中，为振动面旋转的角度，l为光程，H为磁场强度，为光线与磁场的夹角，V为比例常数，称费尔德常数，它与磁光介质和入射光的波长有关，是一个表征介质磁光特性强弱的参量。不同介质，振动面的旋转方向不同。顺着磁场方向看，使振动面向右旋的，称为右旋或正旋介质右旋或正旋介质，V V为正值为正值。反之，则称为左旋或负旋介质，V为负值。第43页，共48页，编辑于2022年，星期五 对于给定的磁光介质，振动面的旋转方向只决定于磁场方向，与光线振动面的旋转方向只决定于磁场方向，与光线的传播方向无关的传播方向无关。这点是磁光介质和天然旋光介质之间的重要区别。对于天

35、然旋光性物质，它的振动面旋转方向不只是与磁场方向有关，而且还与光的传播方向有关。例如，光线连续两次通过天然性的旋光物质，一次是沿着某个方向，另一次是与这个方向相反，最终得到出射光束的振动面并没旋转。第44页，共48页，编辑于2022年，星期五 可是磁光物质则不同，光线以相反的两个方向两次通过磁光物质时，其振动面的旋转角是叠加的。因此，在磁致旋光的情况下，使光线多次通过磁光物质可得到旋转角累加。磁光介质旋转角的累加效应磁光介质旋转角的累加效应在强磁场中放一块磁光物质ab，ab呈平行六面体状。其相对的两表面除留有一个很窄的缝隙外皆涂以银（图中的斜线）。光线从狭缝进入磁光介质，然后经过在镀银表面上的

36、多次反射，从另一个狭缝射出。这时，出射的偏振光振动面的旋转角，将与光线在介质中光线在介质中多次反射的总光程成正比例多次反射的总光程成正比例。第45页，共48页，编辑于2022年，星期五 磁光调制器就是根据法拉第效应制成的。将磁光介质（铁钇石榴石 或三溴化铬 ）置于激磁线圈中。在它的左右两边，各加一个偏振片。安装时，使它们的光轴彼此垂直。没有磁场时，自然光通过起偏振片变为平面偏振光通过磁光介质。达到检偏振片时，因振动面没有发生旋转，光因其振动方向与检偏振片的光轴垂直而被阻挡，检偏振片无光输出。有磁场时，入射于检偏振片的偏振光，因振动面发生了旋转，检偏振片则有光输出。光输出的强弱与磁致的旋转角有关

37、。这就是磁光调制器的工作原理。磁光调制器结构简图磁光调制器结构简图第46页，共48页，编辑于2022年，星期五 出射光的强度I和调制度M可表示为 式中，为最大的旋转角。这种调制器的缺点是，因激磁线圈感抗较大，所以频带窄，且调制性能与介质的温度有关。第47页，共48页，编辑于2022年，星期五 磁光隔离器磁光隔离器也可以说是单向导光器，它也是根据法拉第效应制成的。它的结构与磁光调制器类似。将磁光材料如康宁（Corning）8363号玻璃，放到磁通密度为2700高斯（0.27韦伯/）的磁场中，材料厚度为14cm时，旋转角可达45。如果首先使入口处的起偏振器和出口处的检偏振器的光轴方向彼此相差45。这时，达到检偏振器的入射光，因偏振面旋转了45，所以能够通过检偏振器。而从检偏振器反射回来的光，按原路到达起偏振器时，因振动面按同一方向又旋转了45。和原入射光相比，振动面已发生了90的旋转，所以不能通过起偏器。这就形成了光的单向传输系统，故称其为隔离器。第48页，共48页，编辑于2022年，星期五