4-5激光器的基本技术-激光偏转技术

,上一页,回首页,下一页,回末页,回,目录,第四章 激光的基本技术,4.5,激光偏转技术,1.,使激光束相对于原始位置作一定规律的偏转扫描,2.,根据使用目的不同分为两类：模拟式偏转,主要用于激光显示技术,数字式偏转,主要用于光存储,3.,设计或评价一个光偏转器的主要指标：,（,1,）偏转角的大小要达到激光扫描的范围,（,2,）是扫描速度要满足快速记录和显示的要求,（,3,）偏转效率：偏转光强与入射光强之比，反映了光偏转器的光能损失,（,4,）分辨率或在扫描范围内可分辨的点数（是光束的发散角）,4.,目前激光技术中最常用的是以下三种偏转方法：,机械式偏转,电光偏转,声光偏转,4.5.1,机械偏转,1.,机械偏转是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动，改变反射光或折射光的方向，从而获得光束偏转的方法,2.,优点是；扫描角度大，通常可大于,30,0,，可分辨象素多，光学损失小等,3.,下,图所示的旋转多面反射镜鼓是一种典型的机械偏转方法,这种机械偏转法的缺点是受电机转速的限制，扫描速度较低。,4.5.2,电光光束偏转,1.,电光偏转是利用晶体的电光效应实现偏转的方法,：,扫描偏转和数字偏转,一平面波垂直入射到,xz,平面,则最下面的光束,B,穿过晶体底部的时间为,最上面的光束,A,穿过晶体的时间为,光线,A,比光线,B,落后距离,:,光束偏离原方向的偏转角,:,光束由晶体射向空气时,可得到电光光束偏转角,A,B,X,Y,L,h,y,2.,扫描偏转,下图为一个扫描偏转示意图,晶体长度为,L,高度为,h,其折射率随,x,线性增加,4.5.2,电光偏转,3.,利用晶体的电光效应使光束偏转。,4.,电光效应：晶体要按照相对于光轴的一些特殊方向切割成一定形状，一般为长方体或圆柱体。电场是沿着晶体主轴,x,、,y,、,z,中某一个方向加到晶体上的。,（,1,）纵向电光效应：电场方向与通光方向一致，都沿着,z,轴,(,光轴,),方向,（,2,）横向电光效应：电场沿,z,或,x,或,y,轴方向，而通光方向与电场方向垂直,5.,纵向电光效应：,沿,z(,光轴,),方向施加外电场时，新的主轴坐标系,x,和,y,相对于,x,和,y,旋转了,45,0,z,4.5.2,电光偏转,6.,横向电光效应,:,通光方向与外加电场方向相互垂直,晶体的光轴为,z,轴，通光方向垂直于,z,轴，在光轴方向加电场,假设入射光振动方向与,x,及,z,轴各成,45,角，光线被分解为沿,x,和,z,方向振动,设晶体长度为,L,，,厚度为,d,，,施加的电压 ，当光通过长度,L,的晶体后形成的两条线偏振光间的相位差为,存在自然双折射项和感应双折射项,横向电光效应除与外加电压成正比外，还与晶体的纵横比,L,d,有关,位相差中存在自然双折射项，标志该效应受环境温度的影响较大。,4.5.2,电光偏转,图,4-24,实际的电光晶体偏转器,7.,实际的电光晶体偏转器是由两个晶体棱镜,(,如,KDP,棱镜,),所组成，如,图,4,-,24,所示。,棱镜各边分别沿,x,、,y,和,z,轴，该二晶体的光轴,(z,轴,),反向。,外加电场沿图示,z,轴方向，光的传播方向沿,y,轴的方向，它的偏振沿,x,轴,8.,显示平面上可分辨的光斑数目,:,当外加电压变化时，偏转角将成比例地随着变化，从而可以利用外加电压控制光线的前进方向。,施加电压后，,上、下层棱镜中传播时光的折射率为,4.5.2,电光偏转,8.,一个电光偏转器所能获得的偏转角很小,很难满足实际应用的要求,例如,:,时,9.,为增加偏转角，而外加电压又不太高，常将若干个,KDP,棱镜串接下图的结构。,其中的棱镜,2,、,3,、,11,、,12,均为等腰直角棱镜，可以把其中每个棱镜等效地看成由两个光楔拼合而成,。,由于光束宽度和棱镜尺寸的限制，光楔的个数不能太多,4.5.2,电光偏转,10.,数字式偏转,:,现代光存储器都是采用二进制的数字偏转器。,11.,下图是一种由电光晶体和双折射晶体组合而成的数字式偏转器。,未加电压，线偏振光,(,例如,o,光,),通过它的时候，偏振状态保持不变，其后，通过双折射晶体，方向不变。,当电光晶体加上半波电压，线偏振偏振面旋转,90,0,，,o,光变成,e,光。,e,光在双折射晶体内以与表面法线方向成 角的方向传播，到达晶体输出面时，偏移间距,d,，,然后以平行于原光路的方向射出。,4.5.2,电光偏转,12.,上述偏转器的输出光随着电光晶体加与不加半波电压，分别占据两个地址。下图是一个三级数字式偏转器的结构示意图,图中的,A1,、,A2,、,A3,为电光晶体，,B1,、,B2,、,B3,为双折射分离棱镜,右边所示数字,1,和,0,，分别表示某电光晶体加了半波电压与末加半波电压。,三个电光晶体的八种加电压组合方式，有八个偏转点地址,4.5.3,声光偏转,1.,声光效应,:,声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）周期性的变化，可将此声波视为一种条纹光栅，光栅的栅距等于声波的波长，当光波入射于声光栅时，发生光的衍射。,图,(4-26),布拉格条件下的衍射,3.,如,图,(,4,26,),所,示，,当光线在满足,布拉格条件的衍射角,入射到光栅上时，衍射,光,也与,衍射体光栅的等折射率面成,出射,图,(4-25),超声波在透明介质中的传播,2.,图,(4,25),所,示为一块均匀的透明介质如熔融石英，其一端为超声发生器,(,作正弦振动,),。只有满足布拉格条件的入射光对应的衍射光才最强,4.,由于,可以近似得到,:,5.,声光偏转角,