3.1+光束调制原理.
3.1 光束调制原理
解调?
38
一、基本概念
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。其中激光称为载波； 起控制作用的低频信息称为调制信号（需要调制的信息需转化为电信 号）。
37
一、基本概念
激光光波的电场强度是：
E c ( t ) A c cos( c t c )
Ac 振幅
c 角频率
25
二、振幅调制
E(t ) Ac cos(ct c ) ma Ac cos(c m )t c ma Ac cos(c m )t c 2 2
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。 调幅波的频谱是由三个频率成分组成的 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 p k p Am
(强度调制系数)
A c2 I (t ) 1 m p cos m t 2
cos 2 ( c t c )
频谱分布除了载频及对称分布的两边频之外，还有低频 m 和直流分量。
14
四、强度调制
当mp <1时， 时
I0 1 mp sin mt I0 波形不失真 2
《光电子技术 光电子技术》 》
Photoelectronic Technique
光束调制原 光束调制原理
主讲：周自刚 助教：范宗学 助教：范宗学
激光化 光源 传输 波导化
电子化 调制
41
你是光电工程师会做什么?
电光调制器 1 1875年，英国 1.1875 年 英国Kerr发现电光效应Kerr效应， 效应 Kerr盒是可做成电光调制器； 2.用KDP（磷酸二氢钾）晶体在电场作用双折射效应制电光调制器； 电光调制器 3.用Pokels（泡克尔斯）效应制电光调制器； 电光调制器 4. .用超声波作用介质折射率周期变化声光效应制声光调制器； 声光调制器 5.用Faraday（法拉第效应）制磁光调制器。 磁光调制器
光束调制原理
23
二、振幅调制
其调幅波的表达式为：
E ( t ) A c 1 m a cm o t cs 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)A ccos ct (c)k 2A cco ( scm)tc k 2A cco ( scm)tc
光发调制（内调制）
27
一、基本概念
内调制
优 点：调制效率高。 缺 点：
a.由于调制器放在腔内，等于增加腔 内的损耗,降低了输出功率。
b.调制器带宽受到谐振腔通带的限制
26
一、基本概念
外调制
指激光形成之后，在激光器外的光路
电信号输入
上放置调制器，用调制信号改变调制器 激光源 的物理特性，当激光通过调制器时，就
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。
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
m a Ac 2
m a Ac
2
幅
c m
c
c m
波
频
2 m
谱
17
三、角度调制
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。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。
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。
30
一、基本概念
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。 其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制 信号（需要调制的信息需转化为电信号）。
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
第三章光束的调制和扫描
2m aE(t) A c cos( c t c ) 2 A c cos[( c m )t c ]m a(3.1-4)A c cos[(m)t c ]第三章 光束的调制和扫描3.1 光束调制原理要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题， 这 种将信息加载于激光的过程称为调制， 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。
光波的电场为E(t) A c cos( c t c ) (3.1-1)式中 A c 为振幅， c 为角频率， c 为相位角。
既然光束具有振幅、频率、相位、 强度和偏振等参量， 如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一， 使其 按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制，达到“运载”信息 的目的。
实现激光束调制的方法， 根据调制器与激光器的关系可以分为内调制 (直接调 制)和外调制两种。
内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的， 以调制信号改变激光器的 振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。
外调制是指激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变 调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。
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。
下面介绍 这几种调制的概念。
1. 振幅调制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。
若调 制信号是一时间的余弦函数，即a(t) A m cos m t调幅波的表达式为E(t) A c [1 m a cos m t] cos( c t c )调幅波的频谱为频谱由三个频率成分组成，第一项是载频分量，第二、三项是称为边频分量，如 图 1 所示。
上述分析是单余弦信号调制的情况。
如果调制信号是一复杂的周期信 号，则调幅波的(3.1-2)(3.1-3)频谱将由载频分量和两个边频带组成。
图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。
3激光基本技术sun
式中： Vm
是相应于外加调制信号电压Vm的相位差 因此，透过率为
Io m 2 T sin sin mt Ii 2 4 1 [1 sin(m sin mt )] 2
展开后得：
1 T J 2 n1 (m )sin[(2n 1)mt ] 2 n 0
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
5 波片
能使互相垂直的两光振动间产生附加光程 差(或相位差）的光学器件。 通常由具有精确厚度的石英、方解石或云 母等双折射晶片做成，其光轴与晶片表面 平行。
当光通过长为L的晶体后产生相位差：
2
Lno 63 EZ
3
2
no 63V
3
可见：感应双折射引起的两偏振光的相位差 与外加电压V成正比。
半波电压—当光波的两个垂直的分量的 光程差为半个波长时，所需要的电压。
＊
半波电压是使二正交本征模通过晶体后产生 相位差所需要的外加电压值。
2
＊ 以KDP晶体为例推导折射率变化
晶体不加电场时，折射率可以表示为： 2 2 2
x y z 2 2 1 2 nx ny nz
晶体施加电场时，nx ，ny ， nz将发生改变，折射率椭
球形变为：
1 2 1 2 1 2 2 x 2 y 2 z n 1 n 2 n 3 1 1 1 2 2 yz 2 2 xz 2 2 xy 1 n 4 n 5 n 6
光电子技术 光束调制原理
4 按调制信号的能量分布形式分类： 模拟调制和数字调制。
一般,改变光的强度或改变激光总相位的技术称为 光调制，改变光束传播方向的技术称为光扫描， 有时把二者统称为光调制。
§3.1光束调制原理 一、连续调制——载波连续
1、幅度调制(调幅) 使载波振幅按调制信号的规律而变化。
§3.1光束调制原理
e(t) AcJ0 (m)cos(ct c ) Ac Jn (m){cos[(c nm )t c ] n1
(1)n cos[( n )t ]}
c
m
c
(3 11)
当m</2(弱调角)，角度调制波只产生上、下边频 带,类似于调幅波.
§3.1光束调制原理
调频与调相虽然数学处理和形式上一样，但两者 的物理调制过程是不同的，调制设备完全不同。 通常调相更容易，而激光频率太高，调频实现较 困难。
§3.1光束调制原理
三、脉冲编码调制——调制信号为编码脉冲，载波亦为脉冲
前面的连续调制和脉冲调制均为模拟调制，调 制信号是连续的。
如果噪声也使被调制参数发生变化，接收端就 不能区分这种变化是信号或是噪声，所以，模拟调 制的抗干扰能力差。为此，发展脉冲编码调制技术， 它是数字调制。具有强的抗噪声干扰能力,并方便保 密.
A2 c
2
[1
k
p
a(
t
)]cos2
(c
t
c)
A2 c
2
[1
m
p
cos
m
t
]cos2
(c
t
c )
§3.1光束调制原理 强度调制的过程如下图所示。
强度 调制器
光电子技术(第5版)第三章 光束的调制和扫描
I o [( E y )o ( E ) ]
(e
1)(ei 1) 2 A2 sin 2
2
2
*
y o
调制器的透过率：
T
Io
2 V
sin 2
sin
Ii
2
2 V
3.2.1 电光强度调制
1、纵向电光调制器及其工作原理
光电子技术（第5版）
第三章
本章内容
3.1 光束调制原理
3.2 电光调制
3.3 声光调制
3.4 磁光调制
3.5 直接调制
3.6 光束扫描技术
3.7 空间光调制器
3.1 光束调制原理
1. 1875年，英国Kerr发现电光效应Kerr效应，Kerr
盒是可做成电光调制器；
2. 用KDP（磷酸二氢钾）晶体在电场作用双折射效
I (t )
[1 m p cos m t ]cos 2 (c t c )
2
强度调制波的频谱可用角度调制的类似方法求得，其
结果与调幅波略有不同，其频谱分布除了载频及对称分
布的两边频之外，还有低频m和直流分量。
振幅、频率、相位、强度调制方式所得到的调制波都是
一种连续振荡波，统称为模拟调制。
变化，成为已调脉冲序列。然后再用这已调电脉冲序
列对光载波进行强度调制，就可以得到相应变化的光
脉冲序列。
3.1.4 脉冲调制
脉冲调制有脉冲幅度调制、
脉冲宽度调制、脉冲频率调制
和脉冲位置调制等。
脉位调制：每个脉冲的位置与未
调制时的位置有一个与调制信号
成比例的位移，得到相应的光脉
光束调制的基本原理
光束调制的基本原理
光束调制是一种通过改变光的幅度、频率或相位来传输信息的技术。
它的基本原理是利用调制信号来调整光的强度、频率或相位，以编码所需传输的信息。
在光束调制中，光常常被看作是一系列电磁波，可以用振幅、频率和相位来描述。
振幅调制是最常见的一种调制方式，它通过改变光的强度来携带信息。
具体而言，调制信号被叠加到光源产生的光波上，使得光的强度随时间变化。
接收端可以通过检测光的强度变化来解码传输的信息。
频率调制是另一种常用的调制方式，它通过改变光的频率来传输信息。
调制信号可以改变光的频率，使之在正常频率上方或下方偏移。
接收端可以检测到频率的变化，并解码传输的信息。
相位调制是光束调制中的第三种方式，它通过改变光的相位来传输信息。
调制信号使光的相位发生变化，接收端可以检测到相位的变化并解码信息。
光束调制有许多应用领域。
在通信领域，光束调制用于光纤通信和无线光通信，提供高速、宽带的数据传输能力。
在激光技术中，光束调制用于激光器的调制和控制，以实现精确的输出。
此外，光束调制还在光学传感器、光学成像和光谱分析等领域发挥着重要作用。
总的来说，光束调制利用调制信号来改变光的幅度、频率或相
位，从而传输信息。
它是一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景。
光调制器原理
光调制器原理光调制器是一种能够控制光波传输的装置，它在光通信、光传感和光学成像等领域有着广泛的应用。
光调制器的原理是通过控制光波的相位、振幅或频率来实现对光信号的调制，从而实现信息的传输和处理。
在本文中，我们将介绍光调制器的原理及其在光通信中的应用。
光调制器的原理主要包括电光效应、声光效应和自调制效应。
电光效应是指在外加电场的作用下，介质的折射率发生变化，从而实现光的调制。
声光效应则是利用声波和光波在介质中的相互作用，通过声波的调制来实现光的调制。
自调制效应是指在介质中光的强度、相位或频率受到光本身的调制。
这些原理为光调制器的设计和制造提供了理论基础。
在光通信中，光调制器起着至关重要的作用。
光调制器可以将电子信号转换成光信号，实现数字光通信。
通过调制光信号的强度或相位，可以实现光信号的调制和解调，从而实现信息的传输和处理。
光调制器还可以实现光信号的多路复用和解复用，提高光通信系统的传输容量和效率。
除了在光通信中的应用，光调制器还被广泛应用于光传感和光学成像领域。
通过控制光信号的强度和相位，可以实现对光信号的调制和解调，从而实现光传感和成像。
光调制器还可以实现光信号的编码和解码，提高光传感和成像系统的灵敏度和分辨率。
总之，光调制器作为光波传输的关键装置，在光通信、光传感和光学成像等领域有着重要的应用。
通过对光波的相位、振幅或频率进行调制，可以实现对光信号的调制和解调，从而实现信息的传输和处理。
随着光通信和光学技术的不断发展，光调制器的性能和应用将会得到进一步的提升和拓展。
光调制器原理
光调制器原理
光调制器是一种能够控制光信号传输的重要器件，它在光通信、光传感和光信息处理等领域有着广泛的应用。
光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等，下面将对这些原理进行详细介绍。
首先，电光效应是光调制器中最常见的原理之一。
它利用外加电场改变介质的折射率，从而实现光信号的调制。
当在介质中施加电场时，介质的折射率会发生变化，进而改变光的传播速度和相位，从而实现光信号的调制。
电光效应广泛应用于各种类型的光调制器中，如电吸收调制器和电光调制器等。
其次，光学相位调制是另一种常见的光调制器原理。
它通过改变光波的相位来实现光信号的调制。
光学相位调制通常通过在光路中引入相位调制器来实现，其中最常见的原理是利用电光效应或者电声光效应来改变光波的相位，从而实现光信号的调制。
光学相位调制器具有调制速度快、带宽宽等优点，在光通信系统中有着重要的应用。
最后，强子隧道效应也是一种重要的光调制器原理。
它利用外加电场改变半导体中的载流子浓度，从而改变半导体的折射率，实现光信号的调制。
强子隧道效应在半导体光调制器中有着重要的应用，尤其是在高速光通信系统中，其调制速度和调制深度均能满足系统的要求。
综上所述，光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等。
这些原理在光通信、光传感和光信息处理等领域有着重要的应用，为光学器件的发展提供了重要的技术支持。
随着光电子技术的不断发展，相信光调制器在未来会有更加广泛的应用。
第三章 光束的调制与扫描 [兼容模式]
![第三章 光束的调制与扫描 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/cfa40142fe4733687e21aacc.png)
缺
《光电子技术》
第三章 光束的调制与扫描
3.1 光束调制原理 调制的方法——调制器的工作机理
光电调制 声光调制 磁光调制 直接调制
2013/5/30
-7-
《光电子技术》
第三章 光束的调制与扫描
3.1 光束调制原理 调制的方法——被调制的参数
调幅 调频 调相 强度调制
2.2.1 电致折射率变化
以KDP晶体为例， 42m ，查表，找出 ijk 矩阵的形式
b1 0 b 0 2 E x b3 0 Ey b E 4 41 E 41 x b5 z 41 E y 41 b Ez 6 63 63
内调制：加载信号是在激光振荡过程中进行的，以 调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出 特性以实现调制。 优 点：调制效率高。 缺 点： a.由于调制器放在腔内，等于增加腔内的损耗,降 低了输出功率。 b. 调制器带宽受到谐振腔通带的限制
2013/5/30 -5-
《光电子技术》
第三章 光束的调制与扫描
调制信号是单频余弦波 Ac2 I (t ) [1 m p cos m t ] cos 2 ( c t c ) 2 强度调制波的频谱与调幅波略有不同 其频谱分布除了载频及对称分布的两边频之外， 还有低频ωm和直流分量。
2013/5/30 -16-
《光电子技术》
第三章 光束的调制与扫描
n 1
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 若调制信号不是单频余弦波，其频谱将更为复杂
光电系统光束调制原理总结
1. 光束调制原理：解决将信息加载到激光上的问题，完成这一过程的装置称为调制器激光称为载波，起控制作用的低频信号称为调制信号2. 内调制：加载信号在激光振荡过程中进行，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。
外调制：激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制3. 若调制信号的时间余弦函数为光波成为调幅波 4. 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，因为都表现为总相角的变化，因此统称为角度调制。
频率调制：角频率ω c 不再是常数，而是随调制信号变化5. 强度调制：使光载波的强度（光强）随调制信号规律变化，光束调制多采用强度调制形式，因为接收器一般都是直接响应光强变化。
光强表达式： 6. 前三种调制属于模拟调制，得到的调制波都是连续振荡波。
脉冲调制﹑脉冲编码调制采用不连续状态进行调制。
脉冲调制：先用模拟调制信号对一电脉冲序列的某参量（幅度﹑宽度﹑频率﹑位置等）进行电调制，使之成为已调制脉冲序列。
然后用这电脉冲序列对光载波进行强度调制，得到相应变化的光脉冲序列7. 脉冲编码调制：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，再对光波进行强度调制。
实现调制的三个过程： 1.抽样2.量化3.编码：8. 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）。
9. 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。
10. 电光调制：电光效应——某些介质的折射率在外加电场的作用下，由于极化现象而出现光学性能的改变，影响到光波在晶体中传播特性的一种现象。
电光效应的实质——在光11. 12. 纵向电光调制： a 、装置的结构简单，工作稳定，不会受到自然双折射的影响，b 、缺点是半波电压太高，高压电源的制作困难。
第九十讲-光束的调制
(3.2-4)
------作为线性调制的判据。 此时 J1 m
1 m 代入（3.2-2)式得 2
I0 1 T (1 m sin mt ) Ii 2
（3.2-5）
调制的透过率
当sin(△m sinωmt) 的△m <<1时， 上式也变为：
(3.1-10)
将式 cos(m sin mt )和sin(m sin mt )
中两项按贝塞尔函数展开：
cos(m sin mt ) J 0 (m) 2 J 2n (m) cos(2nmt ) n1 sin(m sin mt ) 2 J 2n 1 (m) sin(2n 1)mt
I (t ) E (t ) A cos (c t c )
2 2 c 2
(3.1-12)
于是，强度调制的光强可表示为
Ac2 I (t ) [1 k p a (t )] cos2 ( c t c ) 2
(3.1-13)
调制信号是单频余弦波，则
Ac2 I (t ) [1 m p cos m t ] cos2 ( c t c ) 2
电光调制特性曲线
利用贝塞尔函数将上式中的
展开得：
1 T J 2 n1 m sin2n 1mt 2 n 0
(3.2-2)
可见，输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制 光发生畸变。为获得线性调制，必须将高次谐波控 制在允许的范围内。 设基频波和高次波的幅值分别为I1和I2n+1，则高次谐 波与基频波成分的比值为:
(3.1-14)
强度调制
其频谱分布除了载频及对称分布的两边频之外， 还有低频 m 和直流分量。
3.1+光束调制原理.
c不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
(t) ct c k a(t) ct c k Am cos mt
(3.1.8)
则调相波的表达式为：
E(t) Ac cos(ct m cosmt c ) (3.1.9)
ωc 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
(t) c (t) c k f a(t) (3.1.5)
若调制信号是余弦函数，则调频波总相角为：
(t) (t)dt c c k f a(t) dt c
ct k f a(t)dt c ct k f ( Am cosmt)dt c
2. 调制器：指用于改变光波特性参数的物质或器件， 可分为天然调制器和人工调制器，又可以分为体调制 器和光波导调制器。 3. 调制种类：按照对光波参数的调制，可以分为强度 调制、相位调制、频率调制和偏振调制等。 4. 调制方式：按照光受到的作用场的不同，可以分为 电光调制、声光调制、磁光调制和光光调制等。
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。其中激光 称为载波；起控制作用的低频信息称为调制信号。
例子：
调幅波的调制过程
电视传像的基本过程
解调（demodulate)：调制的反过程，把调制信号还原 成原来的信息。
激光光波的电场强度是：
Ac 振 幅
Ec (t) Ac cos(ct c )
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。
将以上两式代入(3.1-11) 式利用三角函数关系式：
sin sin
1
2
cos( ) cos( )
声光调制器原理和技术
声光调制器原理和技术（信息科学与工程学院江苏·南京）3.1 声光调制器简介声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。
声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。
根据它的用途特点可分为：脉冲声光调制器、线性声光调制器、正弦声光调制器、红外声光调制器等。
3.2 声光调制器的工作原理声光调制器由声光介质和压电换能器构成。
当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质,在介质内形成折射率声变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，如图1所示。
图1 布拉格衍射原理图衍射模式有布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射。
激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角为：sinθd≈θd=（λ0/υ）f1一级光衍射效率η为：η1=I1/IT=sin2（Δψ/2）Δψ=（π/λ0）√2LM2Pa/H式中λ0为光波长；V为声光介质中的声速；I1为一级光衍射强度；L为声光互作用长度；H为声光互作用宽（高）度；M2为声光品质因数；Pa为声功率。
当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制；当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。
图2 衍射光随调制信号的变化3.3 声光调制器主要的参量3.3.1 光波长: 用于声光互作用的有效波长；3.3.2 光波长范围: 满足声光性能参数规约的光波长宽度；3.3.3 工作频率: 声光器件工作的声载波频率；3.3.4 衍射效率: 级光强（或衍射光强）与透过声光介质总光强的百分比值3.3.5 脉冲重复率： 脉冲信号包络的时间周期的倒数；3.3.6 光脉冲上升时间： 脉冲信号前沿从 10%上升到 90%稳定值的时间；3.3.7 动态调制度： 信号包络的最大值 Imax 和最小值 Imin ，按公式Imax-Imin/Imax+Imin 计算的数值；3.3.8 调制带宽： 以低频信号的最大调制度为基值，改变调制信号直到调制度下降 3dB所对应的频率宽度；3.3.9 线性度： 一级衍射光强与控制电压改变的关系曲线的线性状况；3.3.10 电压可调范围： 满足线性度指标的控制电压范围；3.3.11 线性光强等级： 衍射光强度随控制电压改变所能达到可分辨的光强变化等级，亦可称之为灰度等级；3.3.12 消光比：一级光衍射光方向上器件处于“开”状态的最佳衍射光强与“关”状态下的杂散光强之比值；3.3.13 光学透过率：声光介质插入光路中的透过光强与自由光路的光强之百分比值；3.3.14 移频带宽： 以中心频率处衍射光强的最大值为基准，衍射光强随声载波频率改变而下降至 3dB 所对应的带宽。
光调制原理
光调制原理光调制是一种利用光信号来传输信息的技术，它在现代通信系统中起着至关重要的作用。
光调制原理是指利用光的特性进行信息传输和处理的基本原理，下面将对光调制原理进行详细介绍。
首先，我们需要了解光的特性。
光是一种电磁波，具有波长和频率。
在光通信中，常用的光波长范围是可见光和红外光，它们具有很高的频率和较短的波长，能够携带大量的信息。
光的特性使得它成为一种理想的信息传输媒介。
在光调制中，我们通常使用调制器来改变光信号的特性，以传输信息。
调制器可以分为两种类型，强度调制和相位调制。
强度调制是通过改变光信号的强度来传输信息，而相位调制则是通过改变光信号的相位来传输信息。
强度调制的原理是利用调制器控制光信号的强度，从而改变光的亮度。
这种方法简单直接，易于实现，但传输速率较低。
相位调制则是通过改变光信号的相位来传输信息，这种方法传输速率较高，但实现起来较为复杂。
在光调制中，我们还需要考虑到光的色散效应和光衰减问题。
色散效应会导致光信号在传输过程中发生频率偏移，影响信息的传输质量。
而光衰减则会使光信号的强度逐渐减弱，降低信息传输的距离和质量。
为了克服这些问题，我们通常会采用光纤作为信息传输的介质。
光纤具有低衰减、高带宽和抗干扰能力强的特点，能够有效地解决光信号传输中的色散和衰减问题。
除了光纤，我们还可以利用光放大器和光调制器等设备来增强光信号的传输性能。
光放大器能够放大光信号，提高传输距离和质量；光调制器则可以实现不同调制方式，满足不同的传输需求。
总的来说，光调制原理是利用光的特性进行信息传输和处理的基本原理。
通过对光的强度和相位进行调制，我们可以实现高速、远距离、高质量的信息传输。
在现代通信系统中，光调制技术已经成为不可或缺的一部分，为人们的生活和工作带来了极大的便利和效益。
光束调制的概念
光束调制的概念光束调制是一种用于调控和操控光束特性的技术。
通过对光束的幅度、相位、频率等进行调制，可以实现对光信号的编码、解码、传输和处理。
光束调制技术在通信、光电子学、光学传感、激光科学等领域具有广泛的应用。
光束调制的基本原理是通过改变光束的某个或多个特性来实现信息的传输或处理。
常见的光束调制技术包括幅度调制、相位调制和频率调制。
幅度调制是通过改变光束的光强来表示信息。
典型的幅度调制技术包括强度调制和电调制。
强度调制是通过改变光源的光强来传输信息。
一种常见的应用是光纤通信中的直接调制。
光源的光强可以通过改变光源的电流、电压或其他方法来调制。
另一种常见的幅度调制技术是电调制，通过将光信号与电信号相互作用来实现光的幅度调制。
这种技术被广泛应用于光电器件和光纤通信中。
相位调制是通过改变光束的相位来传输信息。
常见的相位调制技术有耦合相位调制和全息相位调制。
在耦合相位调制技术中，光束的相位可以通过改变介质的折射率来调制。
这种技术常用于光波导调制器。
全息相位调制技术利用全息光栅的相位调制效应来实现信息的编码和解码。
这种技术可以实现高速和多通道的信息传输。
频率调制是通过改变光束的频率来传输信息。
频率调制的方法有多种，包括频率移位调制、频率调制调制和频率合成调制。
其中，频率移位调制是通过改变光信号的频率来传输信息。
这种技术常用于光学雷达和频率分割多路复用系统。
频率调制调制是通过改变光信号的频率调制来表示信息。
这种技术在光缆通信、光学传感和光学测距中得到广泛应用。
频率合成调制是通过将多个光束的频率进行调制合成来传输信息。
该技术常用于光通信、光存储和光学计算中。
除了以上介绍的几种常见的光束调制技术，还有其他一些特殊的光束调制技术在特定领域有应用。
例如，光弹调制技术利用光弹效应来实现光的幅度和相位调制。
这种技术在光学显微镜、光学存储器和激光科学中得到广泛应用。
另外，光纤光栅调制技术利用光纤的光束耦合效应来实现光的幅度、相位和频率调制。
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(t) c (t) c k f a(t) (3.1.5)
若调制信号是余弦函数，则调频波总相角为：
(t) (t)dt c c k f a(t) dt c
ct k f a(t)dt c ct k f ( Am cosmt)dt c
2. 调制器：指用于改变光波特性参数的物质或器件， 可分为天然调制器和人工调制器，又可以分为体调制 器和光波导调制器。 3. 调制种类：按照对光波参数的调制，可以分为强度 调制、相位调制、频率调制和偏振调制等。 4. 调制方式：按照光受到的作用场的不同，可以分为 电光调制、声光调制、磁光调制和光光调制等。
例如：视频信号传输调制过程 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。
激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及 调强等。
§ 补充 基本概念
1. 光调制：指改变光波的振幅、强度、频率、相位、 偏振等特性参数，通过光与物质相互作用所产生的物 理效应实现的。
如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：
a(t) Am cosmt (3.1 2)
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时，(3.1-1)式中的激光振幅 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：
E(t) Ac 1 ma cosmtcos(ct c )
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。
将以上两式代入(3.1-11) 式利用三角函数关系式：
sin sin
1
2
cos( ) cos( )
可得：
cos
cos
1 2
cos(
)
cos(
)
E(t) AcJ0 (m) cos(ct c ) J1(m) cos (c m )t c
1. 抽样。抽样就是把连续信号波分割成不连续的脉冲波，用一 定的脉冲列来表示，且脉冲列的幅度与信号波的幅度相对应。 也就是说，通过抽样将原来的模拟信号变成一脉冲幅度调制信 号。
2. 量化。量化就是把抽样后的脉幅调制波进行分级取整处理， 用有限个数的代表值取代抽样值的大小。经抽样再通过量化过 程变成数字信号。
c 角频率
c 相位角
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。
例如：光发调制（内调制）
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。
Ec (t) Ac cos(ct c )
c不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
(t) ct c k a(t) ct c k Am cos mt
(3.1.8)
则调相波的表达式为：
E(t) Ac cos(ct m cosmt c ) (3.1.9)
式中，m k Am称为调相系数。
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) Ac cos ct m sin mt c （3.1.10）
利用 cos( ) cos cos sin sin
三角公式展开(3.1-10)式，得：
Ac2 2
1 mp cos mt
cos2 (ct c )
(3.1.15)
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 m和直流分量。
I(t)
调制信号
载波
t
强度调制
I (t)
Ac2 2
1 mp cosmt
§3.1-5 脉冲编码调制
3. 编码。编码就是把量化后的数字信号变换成相应的二进制码 的过程。即一组等幅度、等宽度的脉冲作为“码子”，用“有” 脉冲和“无”脉冲分别表示二进制数码的“1”和“0”。再将 这一系列反应数字信号规律的电脉冲加到一个调制器上，以控 制激光的输出，有激光载波的极大值代表二进制变化的“1”， 而用激光载波的零值代表“0”。这种调制方式具有很想的抗干 扰能力，在数字激光通信中得到了广泛的应用。
cos2 (ct c )
Ac2 2
1 mp cosmt
1 2
[
c
Байду номын сангаасos
(2ct
c
)
1]
Ac2 4
{cos(20t c )
mp 2
cos[(mt 20t) c ]
mp 2
c os [(20t
mt)
c ]
mp
c osmt
1]}
§ 补充 光调制的评价指标
1. 调制深度（或调制度）：指光载波由外加信号作 用产生的变化能力。 外加信号使光强减弱时，定义为η=(I0-I)/I0; ηmax=(I0-Im)/I0 外加信号使光强增强时，定义为η=(I-I0)/Im; ηmax=(Im-I0)/Im
2. 调制带宽：指调制器件能工作的调制频率范围。定 义为调制深度的最大值下降到50%时，取上下两个频 率之差Δν。
(3.1-3)
利用三角公式：
cos cos 1 cos( ) cos( )
2
得：
E(t)
Ac
c os (ct
c )
ma 2
Ac
cos(c
m )t
c
ma 2
Ac
cos(c
m )t
c
(3.1-4)
m a Am Ac 称为调幅系数。
§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):
线性调制
I (t) E 2 (t) Ac2 cos2 (ct c ) （3.1.13)
E(t) Ac cos(ct c ) cos(msin mt)
sin(ct c ) sin(msin mt)
(3.1.11)
将式中 cos(m sin mt)和sin(m sin mt)
两项按贝塞尔函数展开：
cos(msin mt) J0 (m) 2 J2n (m) cos(2nmt) n1 sin(m sin mt) 2 J2n1(m) sin(2n 1)mt n1
§3.1-4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 一种在不连续状态下进行调制的脉冲调制和数字式调制(也称 为脉冲编码调制)。它们一般是先进行电调制（模拟脉冲调制 或数字脉冲调制）, 再对光载波进行光强度调制。
周期脉冲序列载波 脉冲调制是用一种间歇的周期性脉冲序 列作为载波，这种载波的某一参量按调制信 号规律变化的调制方法。 先用模拟调制信号对一电脉冲序列的某参 量(幅度、宽度、频率、位置等)进行电调制， 使之按调制信号规律变化，成为已调脉冲序 列，再用已调电脉冲序列对光载波进行强度 调制， 就可以得到相应变化的光脉冲序列。
线性矩形调制
矩形调制
(a) 调制信号
(b) 脉冲幅度调制 (c) 脉冲宽度调制 (d) 脉冲频率调制 (e) 脉冲位置调制 图3 脉冲调制形式
§3.1-5 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，在对光载波进行强度调制，主要包括抽样、 量化和编码三个过程。
§ 补充 光调制的评价指标
3. 插入损耗：指光在调制器中传输所产生的损耗，通 常用分贝表示。
外加信号使光强减弱时，定义为Li=10lg（It/Io） 外加信号使光强增强时，定义为 Li=10lg（It/Im） It: 无调制器时光波的传输光强； Io：有调制器但无外加信号时的传输光强； Im：施加最大外界信号时的传输光强。
E(t)
Ac
cos(ct
c
)
ma 2
Ac
cos(c
m
)t
c
ma 2
Ac
cos(c
m
)t
c
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。
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
ma Ac 2
ma Ac
幅
2
波
c m
c
c m
频 谱
2 m
§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。 例如：光纤通信中相位调制
Ａ、对于调频而言，就是(3.1-1)式
Ec (t) Ac cos(ct c )
4. 隔离度：指输入端和输出端之间的最终损耗情况， 也用分贝表示： Li=10lg（Io/Ii）
§3.1.1振幅调制
振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡， 简称调幅。
例如：调幅波的调制过程 设激光载波的电场强度如：
Ec (t) Ac cos(ct c )