激光束时空双域整形技术研究

摘要

现代光通信对激光源有了新的要求，因此对激光源的时域整形技术和空域整形技术也有了新的要求。由于激光通信方面的要求，要求激光调制信号的输出特性是高频范围内的连续变频，输出波形是正弦波，并且要求实现半幅调制，在以往的时域整形研究中，这方面的研究还是空白，因此，有必要针对这方面进行相关的研究。激光束的空域整形中，主要是对激光光斑的光强进行整形。因为在进行激光调制时希望激光束的光强分布是均匀的。特别是在用阵列式探测器探测激光束的时候，希望入射到阵列式探测器上的激光束的光强分布是均匀的，对TEM00模激光器输出的激光，激光束的光强分布是呈高斯分布的，这就需要把光强分布为高斯分布的激光光斑整形成光强分布为均匀分布的激光光斑，以便进行激光的调制，因此这就需要一个分析评估整形效果的有效的方法。
　　 本论文的研究内容主要是三个方面，第一个方面是对半导体激光器的内调制技术进行了分析，在该部分中介绍了半导体激光器内调制的原理和特性，在此基础之上分析了内调制的技术难点以及影响调制度的因素，制作了连续变频信号发生器，通过实验对半导体激光器的内调制进行了论证。第二个方面针对电光调制系统从理论上分析了电光调制器的晶体材料，电光调制的工作原理，结构和性能，根据实验室的条件从原理上论证了外调制方案。第三个方面为空间整形的实验建立了评价依据，编写了测量光斑能量密度的程序。
　　 通过对半导体激光器的内调制使输出的调制光信号的频率从50MHz连续变化到200MHz，并且输出光信号的波形是正弦波，实验中在保证输出光信号不失真的前提下，通过减小半导体激光器的输出功率，增大调制电信号的幅度增加了调制信号的调制度，最终使得调制度达到了33％，实现了半幅调制满足了技术要求。通过编写的测量光斑能量密度的程序，成功的得到了激光光斑的能量密度，为测量激光光斑的能量密度提供了测量方法。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 发展现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展状况

1.3 研究内容

1.4 研究意义

2 激光调制技术

2.1 内调制技术

2.1.1 内调制的原理

2.1.2 内调制的特点

2.2 外调制技术

2.2.1 外调制的原理

2.2.2 外调制器的分类

2.3 内调制和间接调制性能比较

2.4 本章小结

3 半导体激光器的内调制技术研究

3.1 半导体激光器

3.1.1 半导体激光器的工作原理及应用

3.2 半导体激光器的输出光功率一电流特性

3.3 半导体激光器的内调制

3.4 半导体激光器内调制技术难点

3.4.1 调制频率与半导体激光器输出功率之间的关系

3.4.2 调制频率与半导体阈值电流之间的关系

3.4.3 温度对阈值电流和输出功率的影响

3.5 半导体激光器内调制的实验部分及结果分析

3.5.1 实验用半导体激光器简介

3.5.2 连续变频正弦信号发生器简介

3.5.3 实验系统的建立

3.6 本章小结

4 HE-NE激光器的电光调制技术研究

4.1 电光调制原理

4.1.1 电光效应

4.1.2 铌酸锂晶体电光效应的折射率椭球表示

4.2 电光调制的方式

4.2.1 电光相位调制

4.2.2 电光强度调制

4.3 铌酸锂电光调制器

4.4 半坡电压的测量及直流偏置对输出特性的影响

4.4.1 电光晶体半坡电压的测量方法

4.4.2 直流偏置对输出特性的影响

4.5 电光调制器偏置工作点的设置方法

4.5.1 加固定直流偏压设置工作点

4.5.2 加入1/4波片设置工作点

4.6 HE-NE激光器的电光调制实验及结果分析

4.6.1 基于单片机的连续变频波形发生器的设计

4.6.2 实验系统的建立

4.6.3 误差产生的原因

4.7 本章小结

5 空域整形技术的研究

5.1 光斑能量分布的检测流程

5.2 实验结果与分析

5.3 空域整形技术方案

5.4 光束空间整形的理论分析

5.4.1 光波的自由空间传播的衍射光场

5.4.2 基于空间滤波像传递的成像衍射

5.5 基于液晶空间光调制器的激光光束整形实验

5.5.1 液晶空间光调制器的调制特性

5.5.2 空间整形的实验操作

5.6 本章小结

6 结论

6.1 结论

6.2 后期工作与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢