光调制器原理及设计

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1、光调制器原理及设计姓名：张歆怡学号：20111101209班级：物理1102一、光调制器的原理光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用最为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传

2、输、接收过程中,光调制器被用于控制光的强度,其作用是非常重要的。光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括“去背景信号、去噪声、抗干扰”在内的形式变换，从而使之便于处理、传输和检测。根据将信息加载到光波上的位置，可将调制类型分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱动电源；另一类是直接对广播进行调制。前者主要用于光通讯，后者主要用于光传感。简称为：内调制和外调制。根据调制方式，调制类型又有：1强度调制；2相位调制；3偏振调制；4频率和波长调制。1.1强度调制光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快

3、频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。1.2相位调制利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。由于光探测器一般都不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分：一是产生光波相位变化的物理机理；二是光的干涉。1.3偏振调制利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器

4、相对转动，按马吕斯定理，输出光强为I=I0cos2α其中：I0表示两偏振器主平面一致时所通过的光强；α表示两偏振器主平面间的夹角。1.4频率和波长调制利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。一、光调制器的设计根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种

5、方案把本该简单的电路复杂化，不可取。至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的IGBT管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。2.1.1主电路基本电路图主电路基本电路图如图3.1所示图3.1主电路基本电路图直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流io按指数曲线上升。2.1.2主电路电流电压分析直流降压斩波主电路使用一个全控器件IG

6、BT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压=E，负载电流按指数曲线上升。电路工作时波形图如图3.2所示图3.2主电路电压电流波形图当t=t1时刻，控制IGBT关断，负载电流经二极管Vd续流，负载电压近似为零，负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联L值较大的电感。至一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为U0＝t1E/T=t1E/（t1+t2）αEton为IGBT处于通态的时间；to

7、ff为处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值U0最大为E，若减小占空比α，则U0随之减小。由此可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为Ui，若减小占空比α，则Uo随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路[7]。2.2控制电路模块设计控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。2.2.1斩波电路控制方式：斩波电路有三种控制方式：a.保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型；b.保持导通

8、时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型；c.导通时间和周期T都可调，是占