ch4 电光调制和扫描技术-review

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1、CH.4电光调制和扫描技术光调制的基本概念一.振幅调制二.频率和相位调制三.强度调制四.脉冲调制和脉冲编码调制光调制原理及特性直接调制(内调制)：把承载信息的电信号作为驱动电流直接施加在激光器上。基本的直接调制方式外调制：通过光调制器，将携带信息的电信号与输入光调制器的连续光载波相作用。包括：幅度调制、频率调制、相位调制、偏振调制。外调制方式一、振幅调制激光瞬时电场E(t)=Acos(ωt+ϕ)ccc调制信号a(t)=Acosωtmm调制后E(t)=[A+a(t)]cos(ωt+ϕ)ccc=Acos(ωt+ϕ)+cccmAmAacaccos[(ω+ω)t+

2、ϕ]+cos[(ω−ω)t+ϕ]cmccmc22式中，ma=AmAc称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项是因调制而产生的新分量，称为边频分量。Ac调mAac2mAac2幅ωω波ω−ωccmω+ωcm频谱2ωm二、频率和相位调制（角度调制）频率调制ω(t)=ω+ka(t)tcf则Ψ(t)=ω(t)dt+ϕ∫c0kAfm=ωt+sinωt+ϕcmcωm于是，调频波为E(t)=Acos(ωt+msinωt+ϕ)ccfmc相位调制Ψ(t)=ωt+ka(t)+ϕ=ωt+ksinωt+ϕcϕccϕmc于是，调频波为E

3、(t)=Acos(ωt+msinωt+ϕ)ccϕmc其中，mϕ=kϕAm调频:E(t)=Acos(ωt+msinωt+ϕ)ccfmckAfmm=fωm调相:E(t)=Acos(ωt+msinωt+ϕ)ccϕmcm=kAϕϕm下面再分析一下调频和调相波的频谱。由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此可写成统一的形式Et=A[t+mt+⎤()cosωsinωφ⎥⎦ccmc利用cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ三角公式展开得：E(t)=A[cos(ωt+φ)cos(msinωt)cccm−sin(ωt+φ)sin(msinωt)]ccm将式

4、中cos(msinωmt)和sin(msinωmt)两项按贝塞尔函数展开：∞cos(msinωmt)=J0(m)+2∑J2n(m)cos(2nωmt)n=1∞sin(msinωt)=2∑J(m)sin[](2n−1)ωtm2n−1mn=1知道了调制系数m，就可从贝塞尔函数表查得各阶贝塞尔函数的值。具体展开可得：E(t)=A{J(m)cos(ωt+φ)+J(m)cos[(ω+ω)t+φ]c0cc1cmc−J(m)cos[](ω−ω)t+φ+J(m)cos[(ω+2ω)t1cmc2cm+φ][+J(m)cos(ω−2ω)t+φ]+KK}c2cmc=AJ(m)c

5、os(ωt+φ)+c0cc∞[]nAc∑Jn(m)cos(ωc+nωm)t+φc+(−1)cos(ωc−nωm)t+φcn=1可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布的无穷多对边频所组成的。各边频之间的频率间隔是ωm,各边频幅度的大小J(m)由贝塞尔函数决定。n如下图是m=1时的角度调制波的频谱。0.77m=1f0.440.110.02ωωcωm6ωm显然,若调制信号不是单频正弦波,则其频谱将更加复杂.三、强度调制光束强度222I(t)=E(t)=Acos(ωt+ϕ)ccc则强度调制的光强2Ac2I(t)=[1+ka(t)]

6、cos(ωt+ϕ)pcc22Ac2=(1+mcosωt)cos(ωt+ϕ)pmcc2其中，m=kAppm四、脉冲调制和编码脉冲调制脉冲调制周期性光脉冲（载波）已调脉冲序列强度调制电调制１.脉位调制调制信号２.脉冲幅度调制光载波３.脉冲频率调制４.脉冲宽度调制脉冲编码调制调制调制信号周期性光脉冲（载波）已调脉冲序列量化抽样强度调制光载波二进制编码光调制器的种类1.电光效应光调制器M-Z型电光强度调制器电光效应:在较强外电场作用下，介质的极化强度以及折射率会各向异性的发生变化。电光效应驰豫的时间很短，仅有10-11s量级，外场的施加或撤销导致的折射率变化或恢复

7、瞬间即可完成，因而可用作高速调制器、高速开关等。注意：在调制的区域要求器件的线性度高。若调制器工作在非线性部分,则调制光将发生畸变。电光调制器透过率常用材料：铌酸锂LiNbO、砷化镓GaAs、钽酸锂LiTaO332.声光效应调制器弹光效应：超声波引起晶体的应变场，使入射晶体中的光被这种弹性波衍射。声光效应调制器工作原理声波的应变场改变某些晶体的折射率，由于声波的周期性，会引起折射率的周期性变化，产生类似于光栅的结构，从而对入射的光波产生调制。常用材料：压电晶体(石英、铌酸锂)或压电半导体3.磁光效应光调制器磁光调制原理图法拉第效应：当一束平面偏振光通过磁场

8、作用下的某些物质时，其偏振面受到正比于外加磁场平行于传播方向分量的