第6章激光调制技术ppt课件.ppt

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1、激光技术前面讲过的激光器件中。真正有实用价值的Laser为数还不多。所以，不断地改进Laser的性能，提高效率和功率、压缩其脉冲宽度以及改变输出频率等(以适应各种应用和科学研究的需要)，是研究Laser的重要内容之一。激光的调制技术和传输技术等；调Q技术和锁模技术；选模技术和稳频技术；激光的频率变换技术。本部分内容(激光技术)就是为解决上面提到的“提高”、“压缩”以及“改变”等而设的，旨在改善和提高激光性能。主要由以下几个方面：第6章激光调制技术激光是一种频率更高（1013~1015Hz)的电磁波，它具有很好相干性，因而象以往电磁波（收音机、电视等）一样可以用来作为传递信息的载波

2、。6.1调制的基本概念由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、符号等)通过一定的传输通道(大气、光纤等)送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。这种将信息加载于激光的过程称之为调制完成这一过程的装置称为调制器。其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制信号。解调：调制的反过程，即把调制信号还原成原来的信息。激光光波的电场强度是：其中因激光具有振幅、频率、相位、强度等参量，如使其中某一参量按调制信号的规律变化，则激光受到信号的调制，达到运载信息的目的。根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制。内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号

3、去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。调制的分类：注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制(也称直接调制)。还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器输出特性，以后介绍的调Q技术实际上就是属于这种调制。外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量级），调制带宽要宽得多，故倍受重视。按调制器的工作原理，可分为电光调

4、制、声光调制、磁光调制、和直接调制（电源调制）激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及强度调制等。6.1.1振幅调制振幅调制就是使载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。设激光载波的电场强度为：如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：其中Am和ωm分别是调制信号的振幅和角频率，当进行激光振幅调制之后，激光振幅Ac不再是常量，而是与调制信号成正比。其调幅波的表达式为：利用三角公式：得：式中，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。调幅波频谱调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制

5、信号的变化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角(t)的变化，因此统称为角度调制。中的角频率ωc不再是常数，而是随调制信号而变化，即：对于调频而言，就是式6.1.2频率调制和相位调制━━调频和调相若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：其中称为调频系数，kf称为比例系数。则调制波的表达式为：同样，相位调制就是相位角不再是常数，而是随调制信号的变化规律而变化，调相波的总相角为：式中，称为调相系数。则调相波的表达式为：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利用三角公式展开，得：将式中两项按贝塞尔函数展开：知道了调制系数m，

6、就可得各阶贝塞尔函数的值。将以上两式代入利用三角函数关系式：可得：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,各边频幅度的大小由贝塞尔函数决定。0.770.440.110.02角度调制波的频谱如下图是m=1时的角度调制波的频谱。显然,若调制信号不是单频正弦波,则其频谱将更加复杂。另外，当角度调制系数较小（即m<<1）时，其频谱与调幅波有着相同的形式。强度调制是光载波的强度(光强)随调制信号规律而变化的激光振荡。激光调制通常多采用强度调制形式，这是因为接收器(探测器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化的

7、缘故。激光的光强度定义为光波电场的平方，其表达式为(光波电场强度有效值的平方):6.1-3强度调制于是，强度调制的光强表达式可写为:式中，为比例系数。设调制信号是单频余弦波将其代入上式,并令(称为强度调制系数)光强调制波的频谱可用前面所述类似的方法求得，但其结果与调幅波的频谱略有不同，其频谱分布除了载频及对称分布的两边频之外，还有低频和直流分量。强度调制6.1-4脉冲调制以上几种调制形式所得到的调制波都是一种连续振荡的波,称为模拟式调制。另外,在目前的光通信中还广泛采用一种在不连