第3讲-调制及电光调制[1].电子教案
调制及电光调制
（3.1.2） （3.1.3）
m m e(t ) Ac cos(ct c ) Ac cos[(c m )t c ] Ac cos[(c m )t c ] 2 2
m Am / Ac 为调幅系数。
比较以上两式，由于外电场，折射率椭球各系数 1/ n2 发生线性变化，
其变化量定义为：
3 1 2 ij E j n i j 1
（3.2.3）
ij —线性电光系数，
16
i 1, 2,
6
j 1, 2, 3
上式（3.2.3）可用矩阵形式表示为：
1 n2 1 2 n 1 2 n 1 11 21 2 61 6
1
x(t )
t
分类：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两种。
内调制：调制信号是在激光振荡过程中形成的。如，注入式半导体
激光器，用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出光的强度受到调
制，调Q技术。 外调制：在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器 的物理性能从而使激光器受到调制。 特点：外调制调整方便，对激光器没有影响，调制速率高，带宽宽。
又， cos(m sin m t ) J 0 (m) 2 J 2 n (m) cos(2n mt )
n 1
（3.1.8）
sin(m sin m t ) 2 J 2 n-1 (m)sin((2n -1) mt )
n 1
将上两式代入（6.1.8）可得：
e(t ) Ac J 0 (m) cos(ct c ) Ac J n (m){cos[(c nm )t c ]
第3讲-调制及电光调制.ppt
AcJ0(m)c osc(tc)
Ac Jn(m) c osc(nm)tc (1)nc o(sc nm)tc
n1
8
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
第三章 激光调制技术
3.1 调制的基本概念
3.1.1 振幅调制 3.1.2 频率调制和相位调制━━调频和调相 3.1.3 强度调制 3.1.4 脉冲调制 3.1.5 脉冲编码调制（一般了解）
3.2 电光调制
3.2.1 电光调制的物理基础 3.2.2 电光强度调制 3.2.3 电光相位调制 3.2.4 电光调制器的电学性能 3.2.5 设计电光调制器应考虑的问题
s isn i n 1 2 c o s ) c ( o s )(c o cs o 1 2 s c o s ) c ( o s )
可得：e(t)AcJ0(m)c osc(tc)J1(m)c os(c m)tc J1(m)c os(c m)tc J2(m)c os(c 2m)t c J2(m)c os(c 2m)tc
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
x(t)
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。
t
解调：调制的反过程，即
把调制信号还原成原来的
信息。
2
激光光波的电场强度是： ec(t)A ccocts (c)
其中 Ac 振幅 c 角频率c 相位角
因激光具有振幅、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。
利用 c o )s c(c oo s ss isn i三n 角公式展开，得：
e(t)A cc o cts(c)c o m ssi (n m t)
电光调制原理
电光调制原理电光调制是一种利用电场调制光的强度的技术，它在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。
电光调制原理是指利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。
电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。
本文将从电光调制原理的基本概念、工作原理和应用领域等方面进行介绍。
电光调制原理的基本概念。
电光调制原理是利用外加电场改变介质的折射率，从而改变光的传播性质。
在电光调制器件中，通过外加电场使介质的折射率发生变化，进而改变光的相位和强度。
一般来说，电光调制器件采用的是电光效应，即在外加电场的作用下，介质的折射率会发生变化。
这种原理使得光信号能够被电信号控制，从而实现光信号的调制。
电光调制原理的工作原理。
电光调制器件一般采用的是电光效应，其中最常见的是Kerr效应和Pockels效应。
Kerr效应是指在介质中加入电场后，介质的折射率与电场的平方成正比而改变，这种效应通常用于强光的调制。
Pockels效应是指在晶体中加入电场后，晶体的折射率与电场成线性关系而改变，这种效应通常用于弱光的调制。
通过这些电光效应，可以实现对光信号的调制，从而实现光通信、光传感等应用。
电光调制原理的应用领域。
电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用。
在光通信中，电光调制器件可以实现光信号的调制和解调，从而实现光通信系统中的信号传输和处理。
在光传感中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现对光信号的探测和测量。
在光调制器件中，电光调制原理可以实现对光信号的调制，从而实现光调制器件的功能。
总结。
电光调制原理是利用外加电场对光的折射率进行调制，从而改变光的传播性质。
电光调制器件是实现电光调制原理的关键组成部分，其性能直接影响了整个系统的工作效果。
电光调制原理在光通信、光传感和光调制器件等领域有着广泛的应用，可以实现光信号的调制和解调，光信号的探测和测量，以及光调制器件的功能。
调制电路课程设计
调制电路课程设计一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握调制电路的基本原理和操作方法，了解调制电路在通信技术中的应用。
技能目标要求学生能够运用所学知识进行调制电路的搭建和调试，提高实验操作能力和问题解决能力。
情感态度价值观目标培养学生对科学技术的兴趣和好奇心，增强创新意识和团队合作精神。
通过分析课程性质、学生特点和教学要求，我们将目标分解为具体的学习成果。
学生能够理解调制电路的原理，能够运用基本的电路元件搭建调制电路，并能够对电路进行调试和分析。
学生还能够通过实验体验到科学技术的乐趣，培养团队合作和创新意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括调制电路的基本原理、调制电路的搭建和调试方法以及调制电路在通信技术中的应用。
首先，我们将介绍调制电路的基本原理，包括调制的作用和原理。
然后，我们将讲解如何搭建和调试一个简单的调制电路，包括选定电路元件、连接电路和进行调试。
最后，我们将探讨调制电路在通信技术中的应用，如无线通信和广播。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，我们将采用多种教学方法。
首先，我们将运用讲授法，清晰地讲解调制电路的基本原理和操作方法。
其次，我们将采用讨论法，引导学生进行思考和交流，培养他们的创新思维。
此外，我们还将运用案例分析法，通过分析实际的调制电路应用案例，使学生更好地理解和应用所学知识。
最后，我们将进行实验操作，让学生亲自动手搭建和调试调制电路，提高他们的实验操作能力和问题解决能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将选择和准备适当的教学资源。
教材将是主要的教学资源，我们将选用权威的调制电路教材，确保学生能够获取准确的知识。
参考书将提供更多的学习资料和案例，帮助学生深入理解调制电路的应用。
多媒体资料将通过图片、视频等形式展示调制电路的实验过程和应用场景，丰富学生的学习体验。
实验设备将是重要的教学资源，我们将准备调制电路实验套件，让学生能够亲自动手进行实验操作。
电光调制实实验讲义
电光调制实验实验讲义一、实验背景电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用。
尤其是激光出现以后，电光效应的研究和应用得到了迅速发展，电光器件被广泛应用在激光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。
晶体电光调制实验可以模拟电光效应在激光通信中的应用，验证激光通信传输速度快，抗干扰能力强，保密性好等优点。
通过该实验可以加深对偏振光干涉、双折射、非线性光学等知识的理解，培养学生的动手能力，提高学生的工程意识。
实验系统结构简单，易于操作，实验效果理想。
二、实验目的1. 观察电光效应引起的晶体光学性质的变化（单轴晶体、双轴晶体的偏振干涉图）。
2. 观察直流偏压对输出特性的影响，记录数据并绘制输出特性曲线。
3 观察铌酸锂晶体交流调制输出特性。
4. 模拟光通信。
三、实验仪器图1 实验仪器实物图（双踪示波器自备） 1.半导体激光器及四维可调支架 2.起偏器 3.铌酸锂晶体 4.检偏器（及1/4波片) 5.光屏 6.导轨 7.电光调制电源箱 8.接受放大器四、实验原理晶体分各向同性晶体与各向异性晶体。
其中各向异性晶体会发生双折射，而各向同性晶体只会发生普通折射。
光束入射到各向异性的晶体，分解为o 光和e 光。
如果光束沿着光轴的方向传播不会发生双折射现象。
这里光轴并非指一条直线，而是一个特殊的方向。
晶体中o 光与光轴构成的平面叫o 光主平面，e 光与光轴构成的平面叫e 光主平面。
o 光振动方向垂直于o 光主平面，e 光的振动方向平行于e 光主截面。
一般情况下，o 光主平面与e 光主平面不重合，但是理论与实践均表明，当入射线在晶体主平面时o 光主平面与e 光主平面重合。
实用中一般均取入射线在晶体主截面内的情况。
各向异性晶体中o 光与e 光的传播速度一般不同。
速度e o v v >的晶体称为正晶体，e o v v <的晶体称为负晶体。
铌酸锂晶体是各向异性负晶体。
由于双折射现象，当入射光不沿光轴方向入射时，产生的o 光与e 光对应不同的折射率o n 与e n 。
第三讲-电光调制器
第三章电光调制器内容•电光调制的基本原理•铌酸锂（LiNbO3）电光调制器•半导体电吸收调制器（EAM）电光调制电光调制：将电信息加载到光载波上，使光参量随着电参量的改变而改变。
光波作为信息的载波。
强度调制的方式作为信息载体的光载波是一种电磁场：()()0cos E t eA t ωφ=+r r 对光场的幅度、频率、相位等参数，均可进行调制。
在模拟信号的调制中称为AM 、FM 和PM ；在数字信号的调制中称为ASK 、FSK 和PSK 。
调制器：将连续的光波转换为光信号，使光信号随电信号的变化而变化。
性能优良的调制器必须具备：高消光比、大带宽、低啁啾、低的偏置电压。
电光调制的主要方式直接调制：电信号直接改变半导体激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。
优点：采用单一器件成本低廉附件损耗小缺点：调制频率受限，与激光器弛豫振荡有关产生强的频率啁啾，限制传输距离光波长随驱动电流而改变光脉冲前沿、后沿产生大的波长漂移适用于短距离、低速率的传输系统电光调制的主要方式外调制：调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光、热光或声光等物理效应，从而使通过调制器的激光束的光参量随信号而改变。
优点：不干扰激光器工作，波长稳定可对信号实现多种编码格式高速率、大的消光比低啁啾、低的调制信号劣化缺点：额外增加了光学器件、成本增加增加了光纤线路的损耗目前主要的外调制器种类有：电光调制器、电吸收调制器调制器调制器连续光源光传输NRZ 调制格式其他调制格式: •相位调制•偏振调制•相位与强度调制想结合光传输RZ 调制格式脉冲光源电光调制折射率的改变通过电介质晶体Pockels 效应和半导体材料中的电光效应光吸收的改变通过半导体材料中的Franz-Keldysh效应量子阱半导体材料中的量子限制的Stark 效应光与物质相互作用相位调制偏振调制(双折射材料)强度调制强度调制通过-干涉仪结构-定向耦合光在晶体中的传播－电光效应在光与物质相互作用中，电场强度（E）与电极化矢量（P）的关系。
光电子技术 电光调制
本章内容： §3.1光束调制原理 §3.3 声光调制 §3.5 直接调制
§3.2 电光调制 §3.4 磁光调制 §3.6 光束扫描技术
本章要求： 1 了解光调制的一般概念. 2 掌握各种调制与扫描的原理与特点.(重点与难
点)
§3.2电光调制
一、电光强度调制 利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强 度调制。
2
m
2
si n m t )
1 [1 sin( sin t)]
2
m
m
(3 19)
§3.2电光调制
T
sin2
4
m
2
si n m t
1
cos(
2
m
2
si n m t )
1 [1 sin( sin t)]
2
m
m
(3 19)
可证（P79）, 若
m
Vm V
1rad
(3 - 22)
（3-19）式可表示成线性关系：
1 纵向电光调制器及其工作原理
x
P1
Ii
z
y
x y
L
起偏器
~
/4波片
V
图3-4 纵向电光强度调制
P2
调制光 Io
检偏器
§3.2电光调制
x
P1
Ii
z y
L
x y
起偏器
~
/4波片
V
设通过起偏器P1后的偏振光振幅为Ex
刚进入晶体（z=0）被分解为沿x和y
方向的两个分量，其振幅和相位都相
同，分别为:
Ex (0)
L
调制光
~V
第3讲_调制及电光调制
1.电致折射率变化 对电光效应的分析和描述有两种方法：一种是电磁理论方法， 但数学推导相当繁复；另一种是用几何图形 ─── 折射率椭球体 (又称光率体)的方法，这种方法直观、方便，故通常都采用这种 方法。 在晶体未加外电场时，主轴坐标系中，折射率椭球由如 2 2 2 y 下方程描述： x z 2 1 2 2 nx ny nz 式中，x，y，z 为介质的主轴方向，也就是说在晶体内沿着这些 方向的电位移 D和电场强度 E是互相平行的； nx，ny， nz 为折射 率椭球的主折射率。 当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生“变形”，椭球方 程变为 如下形式： 1 2 1 2 1 2 1
调制信号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。
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。
n n n0 E bE 2
式中， γE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性 电光效应或泡克耳斯(Pockels)效应；由二次项 bE2 引起的折 射率变化，称为二次电光效应或克尔（Kerr ）效应。对于大 多数电光晶体材料，一次效应要比二次效应显著，可略去二 次项，故在本章只讨论线性电光效应。
e(t ) Ac cos c t m sin mt c 利用 cos( ) cos cos sin sin 三角公式展开，得：
e(t ) Ac cos( c t c ) cos(m sin m t ) sin( c t c ) sin(m sin m t )
电光调制ppt课件
实现线性调制的判据为
m 1rad
此时的透过率为
m
Vm V
1rad
T
I Io
1 2
[1
m
sin
mt ]
输出的强度调制波是调制信号的线性复现
20
电光调制的基本原理及公式推导-相位调制
工作原理： 电光相位调制器由起偏器和电光晶体组成
起偏器的偏振方向平行于晶体的感应主轴（x'或y' ），此时入射晶体 的线偏振光不再分解成沿x’和y’ 两个分量，而是沿着x’或y’轴
KDP的纵向运用中 特性阻抗 Zm 与驱动功率Pdri
V
2n03 63
Z m 1/ c(1/ CC0 )1/ 2
式中：c为真空中的光速 C为电极每单位长度的电容 C0为用空气代替所有波导材料的电极每单位长度电容。
要获得好的特性阻抗就要减小电极和波导材料的电容。
24
电光调制器的技术参数
x2 y2 z2 1 n12 n22 n32 1.x，y，z为介质的主轴方向，在晶体内沿着主轴方 向的电位移D和电场强度E是互相平行的； 2. n1、n2、n3为折射率椭球x，y和z方向的折射率(主折射率)。
折射率椭球方程可以描述光波在晶体中的传播特性。
3
电光调制的基本原理及公式推导
KDP为四方晶系，负单轴晶体，n1 n2 n0,n3 ne 电光张量为
其定义为：
L
10 10
lg(Imax lg(Iin /
/ Iin I max
) )
Imax Iin Iin Imax
30
电光调制器的技术参数
8．品质因数 品质因数即驱动电压与电极长度的乘积（ V L ）。
调制与解调信号课程设计
调制与解调信号课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解调制与解调信号的基本概念，掌握不同类型的调制方法及其原理；2. 学生能够描述调制与解调信号在通信系统中的作用和重要性；3. 学生能够运用数学表达式和图形来表示调制与解调过程。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的调制与解调电路，并进行仿真实验；2. 学生能够分析调制与解调信号的特点，解释其在实际通信系统中的应用；3. 学生能够运用相关工具和软件进行调制与解调信号的观察、分析和调试。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到调制与解调技术在现代通信领域的重要地位，增强对通信科学的兴趣和好奇心；2. 学生通过合作学习和实践操作，培养团队协作意识，提高问题解决能力和创新思维；3. 学生能够关注通信技术对社会发展的积极影响，树立正确的科学价值观。
课程性质：本课程属于电子信息类学科，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生具备一定的电子基础和数学知识，对通信原理有一定的了解，但实践经验不足。
教学要求：注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和实际问题解决能力，培养学生对通信技术的兴趣和热情。
通过具体的学习成果分解，使学生在课程结束后能够达到上述目标。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 调制与解调信号基本概念：- 调制信号的分类（模拟调制、数字调制）- 解调信号的分类（同步解调、异步解调）2. 常见调制方法及其原理：- 幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）- 二进制数字调制（ASK、FSK、PSK、QAM）3. 调制与解调信号在通信系统中的应用：- 调制解调器工作原理- 调制技术在无线电广播、电视、卫星通信等领域的应用4. 调制与解调电路设计及仿真：- 搭建调制与解调电路- 使用Multisim、MATLAB等软件进行仿真实验5. 教学内容的安排与进度：- 第一周：调制与解调信号基本概念，调制信号分类- 第二周：常见调制方法及其原理，教材第二章- 第三周：调制与解调信号在通信系统中的应用，教材第三章- 第四周：调制与解调电路设计及仿真，教材第四章教学内容根据课程目标进行科学性和系统性地组织，注重理论与实践相结合，使学生能够逐步掌握调制与解调信号相关知识，提高实际操作能力。
第3章调制和解调ppt课件
调频信号带宽公式（卡森公式）
BFM=2(mf+1)fm=2(△f+fm) △f=mffm fm是基带信号的调制频率，△f是最大频偏，mf是调频指数
。Mf<<1，窄带调频（NBFM）BFM≈2fm；宽带调频（WBFM ）非线性
与幅度调制相比，频率调制最突出的优势是具有较高 的抗噪声性能，但代价是占用比幅度调制更宽的带宽 。
2. DSB信号带宽与AM相同BDSB=BAM=2fH 3. 调制效率高 4. 应用场合少，调频立体声广播中的差信号调制，彩色电
视系统色差信号调制。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2. 幅度调制
单边带调制（SSB）
滤波法（理想高通，滤掉下边带，输出上边带；理想低通 ，滤掉上连带，输出下边带）；相移法
特点与应用：
1. 对频谱资源有效利用 2. 节省功率
BSSB12BDSB，fH短波通信，频分复用系统
3. 带宽节省以增加复杂性为代价
4. 不能采用包络检波，采用相干解调。
传输。
设备的复杂度
非相干方式比相干方式简单 目前常用的是2DPSK方式和2FSK方式
相干2DPSK主要用于中速数据传输 非相干2FSK主要用于中、低速数据传输，尤其适用于随参信道。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1 克服了DSB信号占用频带宽的问题，以解决了SSB信号实现上的 难题。
2 fH<BVSB<2fH，调制效率100% 3 VSB比SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现
电光调制实验课程设计
电光调制实验课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电光效应的基本原理，掌握电光调制的概念。
2. 学生能描述电光调制过程中各物理量的变化及其影响。
3. 学生能了解不同类型电光调制器的结构和工作原理。
技能目标：1. 学生能通过实验操作，掌握使用示波器、激光源和电光调制器等仪器的基本技能。
2. 学生能够运用数据分析方法，处理实验数据，得出结论。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的电光调制实验。
情感态度价值观目标：1. 学生在实验过程中，培养严谨的科学态度，增强实验操作的规范性和安全性意识。
2. 学生通过小组合作，培养团队协作能力和沟通能力，增强合作意识。
3. 学生能够认识到电光调制技术在现代通信领域的应用价值，激发对科学技术的兴趣。
课程性质分析：本课程为物理学科实验课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生的实验操作能力和科学素养。
学生特点分析：初三学生已具备一定的物理知识基础，对实验课程有较高的兴趣，动手能力强，但需加强实验规范和安全意识。
教学要求：1. 结合学生特点，注重理论知识与实验操作的有机结合，提高学生的实践能力。
2. 强化实验过程中的安全意识，培养学生的责任感。
3. 注重培养学生的团队协作能力和沟通能力，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 理论知识：- 电光效应基本原理- 电光调制概念及其分类- 电光调制器结构和工作原理2. 实验操作：- 示波器、激光源和电光调制器等仪器的使用方法- 电光调制实验操作步骤- 实验数据的收集、处理和分析3. 教学大纲：- 第一课时：导入新课，讲解电光效应基本原理，介绍电光调制概念。
- 第二课时：分析电光调制器结构和工作原理，学习实验操作步骤。
- 第三课时：实验操作，观察电光调制现象，收集和处理数据。
- 第四课时：总结实验结果，讨论实验中发现的问题，进行拓展延伸。
4. 教材章节：- 《物理》课本第三章第七节：电光效应- 《物理》实验手册第四章第二节：电光调制实验5. 教学内容安排与进度：- 理论知识教学：2课时- 实验操作教学：2课时- 课后总结与拓展：1课时教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，培养学生实验操作能力和科学素养。
第3讲_调制及电光调制[1]
![第3讲_调制及电光调制[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8250d363b84ae45c3b358c56.png)
3.2 电光调制 电光调制的物理基础是电光效应，即某些晶体在外加电场 的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传 输特性就受到影响而改变。 可做成光调制器件、光偏转器件和电光滤波器件。 3.2.1 电光调制的物理基础 光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而 折射率的分布又与其介电常量（电容率）密切相关。晶体折射率 可用施加电场E的幂级数表示，即 n n0 E bE 2 或写成
c c c
2
c
c
m
c
ma Ac cos( c m )t c 2 式中，ma Am Ac 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 A
ma Ac 2
c
ma Ac 2
幅
波
n 1
sin(m sin m t ) 2 J 2 n 1 (m) sin(2n 1) m t
知道了调制系数m，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：
sin sin 1 cos( ) cos( ) 2
cos cos 1 cos( ) cos( ) 2
e(t ) Ac cos( c t c ) cos(m sin m t ) sin( c t c ) sin(m sin m t )
将式中 cos(m sin m t )和 sin(m sin m t ) 两项按贝塞尔函数展开：
cos(m sin mt ) J 0 ( m) 2 J 2 n ( m) cos(2nmt ) n1
第三章光电子技术-1光波电调制
V
34
3.3 电光调制的物理基础
3.3.1电光效应 电光效应——某些介质的折射率在外加电场的 作用下而发生变化的一种现象。
( 1 n
线性电光效应 (普克耳效应)
2
) aE bE
2
二次电光效应 (克尔效应) a、b为一次、二次电 光系数，其值由材料 的结构和对称性决定。
35
Kerr effect
22
3.2.2强度调制
强度调制是直接对光强进行操作。
调制前： 调制后：
I I0 I I 0 f (Q )
23
强度调制的特点
能够实现线性解调； 使用中极易实现（如对光源进行调制）。
24
振幅(强度)调制的干扰问题
振幅调制和强度调制有一个共同点—— 易受干扰，如光源的波动，光信道的漂移等 因素均可带来光强的变化，使信号受到干扰。 故强度调制一般用在精度要求不高的场合。
27
3.2.3频率及相位调制
调制前：
E ( z , t ) E ( z ) sin( c t 0 )
E ( z , t ) E ( z ) sin ( f ( Q )) t 0
频率调制：
相位调制：
c
E ( z , t ) E ( z ) sin[ c t 0 f ( Q )]
28
特点及其讨论
PM和FM均是对光载波的角度量进行调制，而 角度量的变化并不能直接从光强上表现出来，故必 须在到达光电接收器件以前将角度量的变化转化成 光强的变化，常见的方法是借助与参考光进行干
涉解调（相干探测），其原理将在后面详细介绍。
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特点
抗干扰能力强（主要指抗振幅、光强的波动） 灵敏度高 动态范围大 整个系统的成本高，主要是由于灵敏度太高，光源自 身的相位抖动或波长漂移均不可忽略，故高质量的光 源必然带来高的成本。此外，环境因素极易引入错误 的信息。
通信原理电子教案第3章(模拟调制)
1 1 f (t ) f (t ) cos 2ct 2 2
(2―3)
第3章
模拟调制系统
该式表明，接收端只要对接收到的抑制载波双边
带调幅信号再用与原载波同频同相的载波“调制”一 下，即可得到含有原始信号分量的已调信号。对于上
式中的二倍频载波分量，可以用一个低通滤波器滤除
掉，剩下的就是原始信号分量。这种在接收端利用同 频同相载波对抑制载波双边带调幅信号直接相乘进行 解调的方法就叫相干解调或同步解调。解调框图见下 图
f (t)
sD SB(t)
cos ct
抑制载波的双边带调幅模型图
第3章
模拟调制系统
DSB信号的解调
对于抑制载波双边带调幅信号的解调通常采 用相干解调法。
从数学的三角函数变换公式中可知
1 1 cos c t cos c t cos c t cos 2c t 2 2
2
第3章
A
t
-fm
fm
f
C(f)
载波功率
上边带功率
下边带功率
t
-A
-f0 f0
f
s(t)
S (f)
t
2fm
-f0
2fm
f0
f
第3章
模拟调制系统
– AM信号的解调：
由于载波中并不包含有用信息，因此发送载波对信息的传送
没有意义，而且造成功率浪费。那么多用一些功率发射载波分量
有什么好处呢？其优点体现在解调上。根据相干解调的原理， AM信号同样可以采用相干解调法解调。但我们之所以要多“浪 费”一些功率去发射没有信息的载波分量，就是要在解调上“拣 个便宜”，也就是要在解调上省点事儿。而这个“便宜”就是包 络解调法或叫包络检波法。
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s im n s i(m n t) 2 J2 n 1 (m )si(2 n 1 )m t
n 1
知道了调制系数m，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：
s isn i n 1 2 co s) (co s )( c o cs o 1 2 s c o s ) ( c o s )
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 。
m a Ac 2
Ac
m a Ac
2
调 幅
c m
c
c m
波
频
2 m
谱
3.1.2 频率调制和相位调制━━调频和调相 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。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。
于是，强度调制的光强表达式可写为 :
I(t)A 2c21kpa(t)co 2(sctc)
式中，k p 为比例系数。设调制信号是单频余弦波 a(t)Amcosmt() 将其代入上式, 并令 kpAm mp (称为强度调制系数)
3.1.3 强度调制
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): I(t) e 2 (t) A c 2c o s2 (c tc)
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。
3.1.1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： ec(t)A ccos(ctc) 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：a(t)Amcosmt
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。
对于调频而言，就是式 e c(t)A ccocts (c)
中的角频率ωc 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
(t) c (t) c k fa (t)
若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：
(t)(t)dtcckfa(t) dtc
ct kfa(t)dtcct kf(Amcosmt)dtc
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 m , 各边频幅度的大小 Jn (m) 由贝塞尔函数决定。
如下图是m=1时的角度调制波的频谱。
0.7 7 0.44
mf 1
0.11
c
0.02
m
6 m
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。
第3讲-调制及电光调制[1].
激光光波的电场强度是： e c(t)A ccocts (c)
其中 Ac 振幅 c 角频率c 相位角
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。
调制的分类：
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。
则调相波的表达式为：
e ( t) A c co c t s m ( co m t sc )
式中，m kAm称为调相系数。
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
e ( t ) A c co c t m s si m t n c
利用 co ) s c (o co s ss isn i三n 角公式展开，得：
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。
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。
e(t)A cco cs t (c)co m ssi( n m t) si nct (c)sim ns(i n m t)
将式中co m ssim ( n t)和 sim s ni( m n t)两项按贝塞尔函数展开：
c o s (m s inm t) J 0 (m ) 2 J 2 n (m )c o s (2 nm t) n 1
其调幅波的表达式为：e ( t ) A c 1 m a cm o tcs o c t c ) s
利用三角公式： c o cs o s 1 co s ) (co s )( 2
得： e(t)Accoc st (c)m 2aAcco (scm)tc
m 2aAcco (scm)tc
式中，ma Am Ac 称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三
ctmf sinmtc
其中
mf
kf Am
m
m
称为调频系数，kf
称为比例系数。
则调制波的表达式为：e ( t) A c c o s (c t m fs inm t c )
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，调相波的总相角为：
( t)c t c k a ( t)c t c k A m co m t s
可得：e(t)AcJ0(m)cos(ctc)J1(m)cos(c m)tc J1(m)cos(c m)tc J2(m)cos(c 2m)t c J2(m)cos(c 2m)tc
AcJ0(m)cos(ctc)
Ac Jn(m) cos(c nm)tc (1)nco(sc nm)tc
n1
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