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1、,上一頁,回首頁,下一頁,回末頁,回目錄,第四章 激光的基本技術(shù),4.5 激光偏轉(zhuǎn)技術(shù),1.,使激光束相對于原始位置作一定規(guī)律的偏轉(zhuǎn)掃描,2.,根據(jù)使用目的不同分為兩類：模擬式偏轉(zhuǎn)主要用于激光顯示技術(shù),數(shù)字式偏轉(zhuǎn)主要用于光存儲,3.,設(shè)計或評價一個光偏轉(zhuǎn)器的主要指標(biāo)：,（1）偏轉(zhuǎn)角的大小要達(dá)到激光掃描的范圍,（2）是掃描速度要滿足快速記錄和顯示的要求,（3）偏轉(zhuǎn)效率：偏轉(zhuǎn)光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比，反映了光偏轉(zhuǎn)器的光能損失,（4）分辨率或在掃描范圍內(nèi)可分辨的點數(shù)（是光束的發(fā)散角）,4.,目前激光技術(shù)中最常用的是以下三種偏轉(zhuǎn)方法：,機(jī)械式偏轉(zhuǎn),電光偏轉(zhuǎn),聲光偏轉(zhuǎn),4.5.1 機(jī)械偏轉(zhuǎn),1.,機(jī)械偏轉(zhuǎn)是利

2、用反射鏡或棱鏡等光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)或振動，改變反射光或折射光的方向，從而獲得光束偏轉(zhuǎn)的方法,2.,優(yōu)點是；掃描角度大，通?？纱笥?30,0,，可分辨象素多，光學(xué)損失小等,3.下,圖所示的旋轉(zhuǎn)多面反射鏡鼓是一種典型的機(jī)械偏轉(zhuǎn)方法,這種機(jī)械偏轉(zhuǎn)法的缺點是受電機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，掃描速度較低。,4.5.2 電光光束偏轉(zhuǎn),1.,電光偏轉(zhuǎn)是利用晶體的電光效應(yīng)實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的方法,：,掃描偏轉(zhuǎn)和數(shù)字偏轉(zhuǎn),一平面波垂直入射到xz平面,則最下面的光束B穿過晶體底部的時間為,最上面的光束A穿過晶體的時間為,光線A比光線B落后距離:,光束偏離原方向的偏轉(zhuǎn)角:,光束由晶體射向空氣時,可得到電光光束偏轉(zhuǎn)角,A,B,X,Y,L,h,y

3、,2.,掃描偏轉(zhuǎn),下圖為一個掃描偏轉(zhuǎn)示意圖,晶體長度為L,高度為h,其折射率隨x線性增加,4.5.2 電光偏轉(zhuǎn),3.,利用晶體的電光效應(yīng)使光束偏轉(zhuǎn)。,4.電光效應(yīng)：晶體要按照相對于光軸的一些特殊方向切割成一定形狀，一般為長方體或圓柱體。電場是沿著晶體主軸x、y、z中某一個方向加到晶體上的。,1縱向電光效應(yīng)：電場方向與通光方向一致，都沿著z軸(光軸)方向,2橫向電光效應(yīng)：電場沿z或x或y軸方向，而通光方向與電場方向垂直,5.,縱向電光效應(yīng)：,沿z(光軸)方向施加外電場時，新的主軸坐標(biāo)系 x和y相對于x和y旋轉(zhuǎn)了45,0,z,4.5.2 電光偏轉(zhuǎn),6.,橫向電光效應(yīng):,通光方向與外加電場方向相互垂

4、直,晶體的光軸為z軸，通光方向垂直于z軸，在光軸方向加電場,假設(shè)入射光振動方向與x及z軸各成45角，光線被分解為沿x 和z方向振動,設(shè)晶體長度為L，厚度為d，施加的電壓 ，當(dāng)光通過長度L的晶體后形成的兩條線偏振光間的相位差為,存在自然雙折射項和感應(yīng)雙折射項,橫向電光效應(yīng)除與外加電壓成正比外，還與晶體的縱橫比Ld有關(guān),位相差中存在自然雙折射項，標(biāo)志該效應(yīng)受環(huán)境溫度的影響較大。,4.5.2 電光偏轉(zhuǎn),圖4-24 實際的電光晶體偏轉(zhuǎn)器,7.,實際的電光晶體偏轉(zhuǎn)器是由兩個晶體棱鏡,(,如,KDP,棱鏡,),所組成，如,圖,4,-,24,所示。,棱鏡各邊分別沿x、y和z軸，該二晶體的光軸(z軸)反向。,

5、外加電場沿圖示z軸方向，光的傳播方向沿y軸的方向，它的偏振沿x軸,8.,顯示平面上可分辨的光斑數(shù)目:,當(dāng)外加電壓變化時，偏轉(zhuǎn)角將成比例地隨著變化，從而可以利用外加電壓控制光線的前進(jìn)方向。,施加電壓后，,上、下層棱鏡中傳播時光的折射率為,4.5.2 電光偏轉(zhuǎn),8.,一個電光偏轉(zhuǎn)器所能獲得的偏轉(zhuǎn)角很小,很難滿足實際應(yīng)用的要求,例如:,時,9.為增加偏轉(zhuǎn)角，而外加電壓又不太高，常將若干個KDP棱鏡串接下圖的結(jié)構(gòu)。,其中的棱鏡2、3、11、12均為等腰直角棱鏡，可以把其中每個棱鏡等效地看成由兩個光楔拼合而成,。,由于光束寬度和棱鏡尺寸的限制，光楔的個數(shù)不能太多,4.5.2 電光偏轉(zhuǎn),10.,數(shù)字式偏轉(zhuǎn)

6、:現(xiàn)代光存儲器都是采用二進(jìn)制的數(shù)字偏轉(zhuǎn)器。,11.下圖是一種由電光晶體和雙折射晶體組合而成的數(shù)字式偏轉(zhuǎn)器。,未加電壓，線偏振光(例如o光)通過它的時候，偏振狀態(tài)保持不變，其后，通過雙折射晶體，方向不變。,當(dāng)電光晶體加上半波電壓，線偏振偏振面旋轉(zhuǎn)90,0,，o光變成e光。,e光在雙折射晶體內(nèi)以與表面法線方向成 角的方向傳播，到達(dá)晶體輸出面時，偏移間距d，然后以平行于原光路的方向射出。,4.5.2 電光偏轉(zhuǎn),12.上述偏轉(zhuǎn)器的輸出光隨著電光晶體加與不加半波電壓，分別占據(jù)兩個地址。以下圖是一個三級數(shù)字式偏轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)示意圖,圖中的A1、A2、A3為電光晶體，B1、B2、B3為雙折射別離棱鏡,右邊所示數(shù)

7、字1和0，分別表示某電光晶體加了半波電壓與末加半波電壓。,三個電光晶體的八種加電壓組合方式，有八個偏轉(zhuǎn)點地址,4.5.3 聲光偏轉(zhuǎn),1.聲光效應(yīng):聲波在介質(zhì)中傳播時，會引起介質(zhì)密度折射率周期性的變化，可將此聲波視為一種條紋光柵，光柵的柵距等于聲波的波長，當(dāng)光波入射于聲光柵時，發(fā)生光的衍射。,圖(4-26)布拉格條件下的衍射,3.如,圖(,4,26,)所,示，,當(dāng)光線在滿足,布拉格條件的衍射角,入射到光柵上時，衍射,光,也與,衍射體光柵的等折射率面成,出射,圖(4-25)超聲波在透明介質(zhì)中的傳播,2.,圖(425)所,示為一塊均勻的透明介質(zhì)如熔融石英，其一端為超聲發(fā)生器(作正弦振動)。只有滿足布拉格條件的入射光對應(yīng)的衍射光才最強(qiáng),4.,由于 ,可以近似得到:,5.,聲光偏轉(zhuǎn)角,