最新激光原理与激光技术第六章PPT课件.ppt

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1、激光原理与激光技术第六章一、振幅调制二、频率调制与相位调制三、强度调制四、脉冲调制五、脉冲编码调制§6.1调制的基本概念激光是一种光频电磁波，与无线电波类似可用来作为传递信息的载波。优点：具有很高的频率，可供里用的频带很宽，传递信息容量大。要利用激光作为信息的载体，就要解决如何将信息加到激光上去。这种将信息加在于激光的过程称为调制器。其中激光称为载波；其控制作用的低频信号成为调制信号。如果调制信号是一个复杂的周期性信号，调幅波频谱：由载频分量和两个边频带构成。图6.1.1调幅波频谱二、频率调制和位相调制定义：光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而变化的振荡。因而两种调制波

2、都表现为总相位角的变化，统称为角度调制。调频波的表达式为：同样调相波的总相角：调相波的表达式：设调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：—比例系数，—调频系数—调相系数（6.1.5）（6.1.6）下面分析调频和调相波的频谱，两者可统一写成统一的形式：利用三角公式展开得：又，将上两式代入（6.1.8）可得：（6.1.7）（6.1.8）（6.1.9）所以，当频率正弦波调制时，其角度调制波的频谱由光载频与在它两边对称分布的边频所组成。各边频间隔，各边频幅度大小由决定。如频谱分布如下图所示：0.770.440.220.02图6.1.2角度调制波的频谱三、强度调制定义：光载波的强

3、度（光强）随调制信号规律而变化的激光振荡。光强的定义：强度调制的光强可写为：设调制信号为余弦调制，代入上式：光强调制波的频谱可用前面类似的办法求得，和调幅波略有不同，除了载频及对称分布的两边频之外，还有低频和直流分量。—比例系数—强度调制系数（6.1.10）（6.1.11）（6.1.12）四、脉冲调制以上几种调制方式所得到的调制波是一种连续振荡的波，称为模拟方式调制。目前光通信中还广泛采用一种不连续状态下进行调制的脉冲调制和数字式调制（脉冲编码调制）。脉冲调制：用间歇的周期性脉冲作为载波，这种载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。具体过程：先用模拟调制信号对一电脉冲的某

4、参量（幅度、宽度、频率、位置等）进行电调制，然后再用这已调电脉冲序列对光载波进行强度调制。脉位调制（PPM）：脉冲的位置参量被调制。光脉位调制波的表达式：脉冲频率调制：调制信号使脉冲的重复频率发生改变。脉冲调制波的表达式：—调制信号的副度；—载波脉冲前沿相对于取样时间的延迟时间—样品周期；—脉宽；（6.1.13）（6.1.14）五、脉冲编码调制定义：把模拟信号线变成电脉冲系列，进而便成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制来传递信息的。包括三个过程：抽样、量化、编码。（详略）一、电光调制的物理基础二、电光强度调制三、电光相位调制§6.2电光调制尽管激光调制有许多分类

5、，但其调制的工作机理主要都是基于电光、声光、磁光等各种物理效应。电光调制的物理基础：电光效应。某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光场通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变，称为电光效应。一、电光调制的物理基础由一次项引起的折射率变化称为线性电光效应或泡克耳斯效应（Pockels）；由二次项引起的折射率变化称为二次电光效应或克尔（Kerr）效应。对大多数电光晶体材料，一次效应比二次效应显著，可略去二次项，（具有对称中心的晶体中，因不存在一次电光效应，二次电光效应才比较明显）。在此只讨论线性电光效应。我们知道，晶体折射率可写为（当有外加电场时）：—常量；—未加电

6、场时的折射率（6.2.1）1、电致折射率变化采用折射率椭球体方法。在未加外场时，主轴坐标系中，折射率椭球由如下方程式描述：当晶体加外场时，椭球方程变为如下形式：—介质的主轴方向；—主折射率比较以上两式，由于外电场，折射率椭球各系数发生线性变化，其变化量定义为：（6.2.2）（6.2.3）—线性电光系数，（6.2.4）上式（6.2.4）可用矩阵形式表示为：—电场沿方向的分量—电光张量，每个元素的值由具体的晶体决定，表征感应极化强弱的量（6.2.5）以KDP晶体为例（负单轴晶体，）这类晶体的电光张量为：（6.2.6）**，将式（6.2.6）代入（6.2.5）：（6.2.7）将式（

7、6.2.7）代入（6.2.3），得到晶体加电场后的新折射率椭球方程式：外加电场导致“交叉”项出现，椭球主轴不再与x、y、z轴平行。（6.2.8）假设外电场方向平行于z轴，（6.2.8）是变为：寻求新坐标系（），消除交叉项，代入（6.2.9）式，令交叉项为零，得，则新坐标系下方程为：（6.2.9）（6.2.10）上式其椭球主轴的半长度为：由，得：讨论：当KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转45度角（与外加电场大小无关）。折射率变化与电场成正比。这是利用电光效应实现光调制、调Q、锁模等技术的