第四章 光调制技术ppt课件.ppt

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1、第4章光束的调制和扫描●4.1光束调制原理●4.2直接调制●4.3光束扫描技术●4.1光束调制原理光波的电场强度为:【调制】如果能够应用某种物理方法改变光波的这些振幅、频率、相位、强度等参量之一，使其按照调制信号的规律变化，就称激光束就受到了信号的调制，即达到“运载”信息的目的。光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及强度调制等。1、振幅调制定义：振幅调制就是载波的振幅随调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。载波信号：调制信号：调幅波为：三角关系展开图4-1调幅波频谱2、频率调制和相位调制调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振荡，统称为角度调制。定义：

2、若调制信号仍为一余弦函数，则调频波的总相角为：【频率调制】则调制波的表达式为：其中称为频率比例系数称为调频系数相位调制就是载波中的相位角随调制信号的变化规律而变化。【相位调制】调相波的总相角：则调相波的表达式为：3、强度调制光束强度定义为光波电场的平方，其表达式为：于是，强度调制的光强可表示为：仍设调制信号是单频余弦波，则：由于调频和调相写成统一的形式：按三角公式展开．并应用：得到：由此可见，在单频余弦波调制时，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组成。4、脉冲调制脉冲调制和数字式调制(脉冲编码调制)在一种不连续状态下进行的调制。脉冲调制是用间歇的周期性脉冲序

3、列作为载波，并使载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。6、脉冲编码调制这种调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化和编码。●4.2电光调制【基本要求】1、基本原理；2、电光调制器的结构1、电光强度调制◆纵向电光调制器及其工作原理图4-4纵向电光强度调制1）即进入晶体后z=0处的两个分量：因此入射光强度为：2）当光通过长度为L的晶体之后由于电光效应两分量间产生一定的相位差。3）通过检偏器后的总电场强度：与之相应的输出光强为：于是得到调制器的透过率：图4-5电光调制特性曲线为了获得线

4、性调制，可以通过引入一个固定的相位延迟：★方法：一、附加一个的固定偏压二、光路上插入一波片☆以第二种办法为例：总相位差为：式中：是相应于外加调制信号电压的相位差所以，透过率为：展开后得：输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制光发生畸变。高次谐波与基频波成分的比值为：作为线性调制的判据。故为了获得线性调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)，那么输出光强调制波就是调制信号的线性复现。★特点：纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等优点。其缺点是半波电压太高，特别是在调制频率较高时，功率损耗比较大。★应用—激光器中的电光调Q技术部分反射激光工作物质偏振片KD*P全反

5、射图1使用电光调制器的光通信线路◆横向电光强度调制横向电光效应的运用可以分为三种不同形式，这里以①沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x轴或y轴成45度夹角(晶体为45度-z切割）为例。方向上的两偏振光在出射后的相位差为：KDP晶体横向电光调制的主要缺点是存在自然双折射引起的相位延迟。结果是晶体的折射率差随温度而变化。从而导致调制光发生畸变。★常用的补偿方法有两种：1）是将两块尺寸、性能完全相同的晶体的光轴互成90度串联排列，即一块晶体的y‘和z轴分别与另一块晶体的z和y'平行；2）另一种方法是，两块晶体的z轴和y‘轴互相反向平行排列，中间放置半波片。★补偿原理1）当它们经过第

6、一块晶体之后，两束光：即x’方向偏振的和z方向偏振光的相位差为：2）经过半波片后，两束光的偏振方向各旋转90度，经过第二块晶体后，原来的e1光变成了o2光o1光变成e2光，则它们经过第二块晶体后，其相位差：于是，通过两块晶体之后的总相位差为：优点：横向半波电压是纵向半波电压的d/L倍。减小d，增家长度L可以降低半波电压。缺点：结构复杂，而且其尺寸加工要求极高。所以，对KDP晶体而言，一般不用横向电光调制。横向电光调制的特点：2、电光相位调制图2电光相位调制原理图电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位，相位的变化量为：相应的折射率为：若外加电场是：在晶体入射面(z=0)处的光场为：则

7、输出光场(z＝L处)就变为：3、电光调制器的电学性能1）外电路对调制带宽的限制★电光调制器的等效电路电光调制器的等效电路图作用到晶体上的实际电压为：调制器的并联谐振回路其最大可容许调制带宽为：当调制晶体的种类、尺寸、激光波长和所要求的相位延迟确定之后，其调制功率与调制带宽成正比关系。◆结论2）高频调制时渡越时间的影响当调制周期与光的渡越时间可以相比拟时，光波在晶体中各部位所受到的调制电场是不同的，相位延迟的积累受到破坏。总的相位延迟为：积分结果为：高频相位