光学信号的调制ppt课件
光电子技术课件:第五章 光调制技术3
– 内调制 – 外调制
5.1 光信息系统的信号加载与控制
• 激光的内调制
– 将传输的输入信号直接加载到激光器上,改变激光 器的出射特性进行的光波调制。
• 调制后的激光输出光束就包含了带传输的信息。例如半导 体激光器中直接将调制信号控制激光器的输入电流,从而 使其发出的光强度随要输的信号变化而变化,实现了信号 调制。
5.1 光信息系统的信号加载与控制
• 如何将光波带上要传输的信息呢? ➢光调制
– 将激光作为信息的载体,通过改变激光的振 幅、波长(频率)、相位、偏振参数、方向 等各参量,使光波携带信息的过程,
称为光的调制。
5.1 光信息系统的信号加载与控制
• 与电子学中的载流子如电子、空穴等带 电粒子不同,光波(光子)是中性的, 不能够用外界电场直接的调制,要通过 改变发光的结构或者用外电场改变材料 的光学性质来间接地实现对光波的调制。Fra bibliotek4-49
5.2 光在晶体中的传播
9个元素的二阶介电张量可简化为只含三个元素的对角张量
简写为 D [ ]E
x 0
[
]
0
y
0
rx 0
0
0
0
ry
0 0
0
n0x2
0
n
2 y
0
0
0 0 z
0 0 rz
0 0 nz2
0[ r ] 0[n2 ]
其中,
ij 0 1 ij
– 烽火台; – 航标灯的信号等。
• 现代光通信技术将光波的信息载体功能发 挥到极致。
• 采用激光器作为光源,光波导作为传输 介质有如下的好处:
– 光频率高,能够传输的信息容量大; – 激光的相干性好,易于信息的加载; – 方向性好,可直接用于空间传输; – 光波导的损耗小,传输不受环境的影响; – 光信息传输的保密性好。
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)
信号调制的基本原理PPT
• (4-26) t
t
t
f (t)
(t )dt
0
0 c
f u (t)dt
ct f
0 u (t)dt
•
f (t ) f
t
0 u (t )dt
(4-27)
• 表示调频波瞬时相位与载波信号相位得偏
4、2 幅度调制原理及特性
• 4、2、1 普通调幅(AM )
• 1、 普通调幅信号得数学表达式
• 首先讨论调制信号为单频余弦波时得情况, 设调制信号为
• u (t) um cos t cos 2 Ft (4-2)
• 设载波信号为
•
uC (t) Ucm cosct cos 2 fct (4-3)
• 调频信号数学表达式
(4-31)
4、3、2 调频信号分析
• uFM Ucm cos(ct mf sin t) (4-32)
•
mf
k f Um
m
为调频波得最大相移,又称调
频指数。 m值f 可大于1
• 给出了调制信号、瞬时频偏、瞬时相偏、 对应得波形图
4、3、2 调频信号分析
图4-19 调频信号的波形图
• 4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
• 由式(4-15)可得SSB调幅信号数学表达式为
• 取上边带时
•
(4-17)
• •
取下边带时
uSSB (t)
1 2
KmaU cm cos (c
)t
(4-18)
uSSB (t )
1 2
KmaU cmcos(c
)t
4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
物理学中的光学相位调制原理
物理学中的光学相位调制原理光学相位调制,在光学传输和处理中起着非常重要的作用。
利用光的相位变化,可以在光学信号中实现精密的干涉、调制和控制。
在光学相位调制中,一般采用的是光学相位调制器,接下来我们将从光的相位及其调制、光学相位调制器的种类和工作原理三个方面来探讨物理学中的光学相位调制原理。
一、光的相位及其调制光的相位是指光波前的变化情况。
光作为一种波动现象,它的波形可以用正弦函数表示,也就是说,光的波形和时间的关系可以用正弦曲线表示。
在一定区间内,我们通常用一条波形曲线来描述一个光波,这条曲线的紧密程度我们称之为相位。
在光学传输和处理中,为方便处理信号,我们通常采用的是相位调制的方式来实现干涉和控制。
常见的光学相位调制方式有以下几种:1. 相位延迟器相位延迟器是一种能够改变光束相位的装置。
其中最为常见的是AIPO4和LiNbO3的相位延迟器。
当光波通过相位延迟器时,它的相位会发生改变,从而使光波在通过光学系统时能够实现干涉和控制。
2. 数字电路中的相位调制器数字电路中的相位调制器最为常见的是相位锁定环(PLL)。
相位锁定环通过比较输入信号和参考信号的相位差异,从而调制输出信号的相位,实现干涉和控制。
3. 光学干涉装置光学干涉装置是利用干涉现象从而能够实现光的相位调制的技术。
常见的光学干涉装置有 Michelson 干涉仪、两臂干涉仪和Fabry-Perot 干涉仪。
在干涉过程中,不同路程的光束之间会发生干涉,从而实现光的相位调制。
二、光学相位调制器的种类光学相位调制器是一种利用光的相位变化来实现干涉和控制的装置。
它的作用是控制光束相位、光强和光偏振状态等,从而实现光学信息的传输和处理。
根据不同的调制原理和工作方式,光学相位调制器可以分为以下几种:1.伏安效应调制器伏安效应调制器( VOA )是利用电场调制效应来实现光的相位调制的器件。
在伏安效应调制器中,光通过一个电场调制区域时,会使光的相位发生变化,从而实现光的相位调制。
第8章 光学信号的调制和解调
34
1. 纵向电光调制
将出射光强与入射光强相比,得:
怎么来的?
3 3 n x n y 2 n0 63 E z L 2 n0 63 V
V
2
V 3 2n0 63
33
1. 纵向电光调制
V 1 T sin ( ) [1 cos V 2V 2
第8章 光学信号的调制
8.1 光信号调制的概述 8.2 光信号调制的基本原理 8.3 光信号调制的基本方法 8.4 调制信号的解调
8.1 光信号调制的概述
光波是信息的载体,通常称为光载波。 1. 载波的特征参数? 2. 调制:一次调制和二次调制
3. 二次调制的意义
1.光载波的特征参数
--人眼和探测器起作用的是光波的电场强度
8.3.1 光信号强度的调制 8.3.2 光信号相位的调制
8.3.3 光信号频率的调制
8.3.4 光信号偏振的调制
8.3.1 光信号强度的调制
可实现强度调制典型的方法
1. 辐射源调制
2. 机电调制 3. 光电子调制
需要掌握
1.辐射源调制
--改变输入电流来实现光强度的调制 1)半导体激光器调制 --调制频率40GHz
E (t ) E sin[0 t m f sin( t )]
调制指数m 对调频波形的影响
启动虚拟仪器 LabVIEW8.6仿真信号
E (t ) E sin[0 t m f sin( t )]
调频波的频谱由载频ω0和无数对边频(ω0 ±nΩ)组成 调频波的另一特征:调频波有效带宽随调制信 号振幅增大而变宽,但与调制信号的频率基本 无关 根据对信号失真要求的不同,调频波有效 频宽不同,一般取
光学信号的调制
(3)声光调制器
--衍射光强度调制 +1级(或-1级)光输出
布拉格型声光调制器
I1 2 sin ( ), Ps Ii 2 2
Ii I1
I1 0.5 m sin t Ii
4,8,……
0100,1000,……
数字信号
5.3 光学信号调制的基本方法
可调参数: --光强、振幅、频率、相位、 --偏振方向、传播方向,· · · · ··
一、 光信号强度的调制 二、 光信号相位的调制 三、光信号频率的调制 四、 光信号偏振的调制
一、 光信号强度的调制
可实现强度调制典型的方法
喇曼-奈斯衍射:
布拉格衍射:
特点:平面光栅,多级衍
射,零级光最强,其他级衍 射光对称地分布在零级光两 侧,光强依次递减。
特点:体光栅,只出现
零级和一级衍射光;超声场 足够强,入射能量几乎全 部转移到+1级(-1级)
布拉格声光衍射光能利用率高,因而大部分调制器均 采用行波声场的布拉格型声光调制器!
(3)声光调制器 --应用: 衍射光强度调制 衍射光频率调制 衍射光方向调制
反射率等)的光学元件。
计量光栅
(空间周期P>>λ )
衍射光栅
(空间周期P≈λ )
典型的计量光栅
--光栅莫尔条纹
结构: 小夹角 主光栅--定光栅 指示光栅--动光栅
B
P
典型的计量光栅
--光栅莫尔条纹
结构:
光栅莫尔条纹 原理:
两光栅移动,莫尔条纹移动 光通量明暗交替变化 光栅位移信息--光强信号
背景大张角
目标小张角
b. 用调制盘进行空间滤波
空间滤波分析:
初升太阳 调制盘
光电测试技术4-6光调制 PPT课件
光调制器件
概念: 利用各种物理效应对光的 振幅,频率,相位,偏振状态和 传播方向等参量进行调制的器件, 又称为光控器件
对光的振幅进行调制也就是对光 强进行调制
性能稳定、调制度高,损耗小、相位均匀 有一定的带宽
工作基础:物质对外来作用产生的各种物理效应
电光效应 声光效应
磁光效应
电光器件
2.布拉格(Bragg)衍射 (1)各向同性介质中的正常布拉格衍射。
当声波频率较高,声光作用长度L较大,
而且光束与声波波面间以一定的角度斜入射
时,光波在介质中要穿过多个声波面,故介质具有“体光栅”的 性质。当入射光与声波面间夹角满足一定条件时,介质内各级衍 射光会相互干涉,各高级次衍射光将互相抵消,只出现0级和+l级 (或-1级)(视入射光的方向而定)衍射光,即产生布拉格衍射(类似 于闪耀光栅),如图1. 3-5所示。因此,若能合理选择参数,超声 场足够强,可使入射光能量几乎全部转移到+1级(或-1级)衍射极 值上。因而光束能量可以得到充分利用,因此,利用布拉格衍射 效应制成的声光器件可以获得较高的效率。
Laser in
(2)电—声换能器(又称超声发生器)
(3)吸声(或反射)装置(放置在超声源的对面)。
Laser out
吸声装置
(4)驱动电源 它用以产生调制电信号施 加于电—声换能器的两端电极上,驱动 声光调制器(换能器)工作。
图 1.3-11 声光调制器结构
三、磁致双折射 科顿—穆顿效应: 某些透明液体在磁场H作用下变为各向异性 性质类似于单轴晶体 光轴平行磁场
光隔离器
单向闸门
P1
电极
P2
45º
光隔离 器
为了避免各界面的反射光对激光光源产 生干扰,可利用法拉第效应制成光隔离器,只 允许光从一个方向通过而不能从反方向通过
§1.2_光调制
(3)利用泡克耳效应的光偏振调制 如图示,光沿着晶体光轴Z的方向进入不会分成两束,但如 果沿着光轴的方向加上电场,光线就被分成两束光,这一现象 就叫做泡克耳效应。
Z
E 1
2
3
4
5
1单色光源; 2透镜; 3起偏器; 4压电晶体; 5检偏器;
2、采用磁光效应实现的光偏振调制
磁光效应指的是介质或晶体在磁场作用下,其光学性 质发生变化的各种现象。
泡克耳效应来获得光偏振调制。
(1)利用电致旋光效应的光偏振调制
~
1
2
3
4
5
1:光源;2:准直镜; 3:起偏器;4:石英晶体;5:检偏器;
(2)利用克尔效应的光偏振调制
克尔效应指的是某些各向同性的介质在电场的作用下变成各 向异性,光束通过将会产生双折射现象。
+
E 1 4 – 5
2
3
1:单色光源;2:透镜; 3:起偏器;4:克尔电容器;5:检偏器;
§1.2.3光调制
光调制: 使光信号的特征参量按被传送信息的特征变化, 以实现信息检测传送目的的方法。 光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和 波长调制。
一、光强度调制 调制对象:光强. 作用:使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一 较快频率变化的光信号。这样,就可采用交流选频放大器放 大,然后把待测的量连续测量出来。 几种常用的装置:
1、调制盘 在圆形板上由透明和不透明相同的扇形区构成。
旋转时,通过盘的光脉冲 周期性地变化. 光脉冲的形状:决定于扇 形尺寸和光源在盘上的像 的大小和形状。
图1.2.3-1a 调制盘
斩波器
有源带通 滤波器
1:
3: 阑
线光源
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输入
驱动
电路
InGaAsP 激光器
C
光纤 RL 放大器
PIN
判别
电路
输出
声音、图像 --加载信息
抑制干扰 --改善品质
13
5.1 光信号调制的概述 --小结
光波是信息的载体,通常称为光载波。光学调制是 指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。
光的强度
(辐通量)
I
E
2 0
--光强是使用最为广 泛的调制参数
光电系统中光学信号变换有着重要的意义,其变换方法 也很多。重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏振等 参数的调制。
5
5.1 光信号调制概述
6
光波是信息的载体,通常称为光载波。 1. 载波的特征参数? 2. 调制:一次调制和二次调制 3. 二次调制的意义
7
1.光载波的特征参数
--人眼和探测器起作用的是光波的电场强度
信号变换--频率搬移
调幅波频谱
Φ
Φ
m
Φ0
1 2
mΦm
1 2
mΦm
调幅波带宽 B=2F
O
F /2π
f0 - F f0 f0 + F f
信息“频率” 载波“频率”
V(t)sin(t)
23
调幅波频谱:
单一频率调制信号
24
调幅波频谱:
多个频率调制信号
25
振幅调制应用实例
振幅调制应用实例
光电探测与信号处理
第五章 信息的光学变换
1
5.1 光信号调制的概述 5.2 光信号调制的基本原理 5.3 光信号调制的基本方法 5.4 直接探测和相干探测
光学探测系统的基本结构
光 源
光 学 系 统
变 换 对 象
光 学 变 换
光 学 变 换
光 电 器 件
变 换 电 路
光 电 变 换
形成能被光电探测器 接收、便于后续电学
向,··· ···
光学调制是指改变光载波的一个或者几个特征参数 的过程。
光学调制
一次调制 二次调制
9
例1.卫星遥感农作物产量
-- 地面植物反射太阳光的光谱,生长状况信息 将信息直接加载到光载波上的调制,称为一次调制
10
例2 光纤通信系统
输入
驱动
电路
InGaAsP 激光器
C
光纤 RL 放大器
PIN
E E 0c o s (2v t0)
振幅
频率 相位
光的强度
(辐通量)
I
E
2 0
--光强是使用最为广 泛的特征参数
特征参数:
--光强、振幅、频率、相位、
--偏振方向、传播方
向,··· ···
8
2. 调制:一次调制和二次调制
特征参数: --光强、振幅、频率、相位、 --偏振方向、传播方
载波: 91.8MHz
音频: <20kHz 讨论: 调制指数m 对调频波形的影响
例:利用V/F(电压/频率)变换器产生调频光信号
U0--载波频率
Ui--调制频率
32
电压/频率变换器工作示意图
调频光信号产生实例
二、 脉冲调制
2.频率调制(FM)
信息 载波
(a)
频率调制:载波的频率变化--信息
(b)
28
( t ) 0 m s ( i[ V n ( t ) t ) ]
[V(t)]0 V(t) 当 V(t) 1 0
(t) 0 m sin [ 0 t 0 tV (t)d t]
V (t)co ts()
(t)0m s in [0 t m fs in (t)]
mf
f
F
--频率调制指数 mf >1 宽带调频 mf <<1窄带调频
29
mf
f
F
--频率调制指数
mf >1 宽带调频 mf <<1窄带调频
例:FM立体声广播
17
1. 振幅调制(AM)
调制波
信息
载波
调幅波
振幅调制:载波的包络变化--信息18
例.利用调制光测量液体的浓度
载波
信息
思考:如果溶液的
浓度逐步加大,调制 波形?
19
讨论:(1)调制指数m 对调幅波形的影响
载波 ( t ) 0 [ 1 m V ( t ) ]m s i n (t )
信息 V(t)sin(t)
振幅
( t ) 0 [ 1 m s i n (t ) ]m s i n (t )
20
21
讨论:(2)调幅对频谱的影响
载波 ( t ) 0 [ 1 m V ( t ) ]m s i n (t )
信息 V(t)sin(t)
振幅
( t ) 0 [ 1 m s i n (t ) ]m s i n (t )
(t)0m sin(t) 1 2m m {cos[()t]cos[()t2]2 }
(t)0m sin(t) 1 2m m {cos[()t]cos[()t]}
将信息直接加载到光载波上的调制,称为一次调制
将光载波先人为地调制成随时间或空间变化(按确 定的规律变换载波信号),然后再将被测信息调制 到光载波上,称为二次调制
光电系统中常用的调制大多是二次调制
14
5.2 光信号调制的基本原理
15
以光信号的强度(辐通量)调制为例讨论,适用 于光波的振幅、相位和频率等参数的调制
判别
电路
输出
-- 将声音、图像信息加载到光波上
将光载波先人为地调制成随时间或空间变化(按确
定的规律变换载波信号),然后再将被测信息调制
到光载波上,称为二次调制
11
例3:利用调制光测量液体浓度
液体浓度(信息)对光强参数的调制 一次调制
调制盘(确定时间规律)对光强参数的调制为 二次调制
12
二次调制的意义???
一、 模拟调制 二、 脉冲调制 三、 编码调制
16
一、模拟调制
--又称为连续波调制
(t) 0 m sin ( t )
( t ) 0 m [ V ( t ) ] s i n { [ V ( t ) ] t [ V ( t ) ] }
振幅调制(AM) 频率调制(FM) 相位调制(PM)
处理的光学信息。
电 路 处 理
探 测 传 输 控 制 计 算 显 示 存 储
电 路 处 理
3
光学信号变换 举例
光纤通信系统
Hale Waihona Puke 输入驱动电路InGaAsP 激光器
C
光纤 RL 放大器
PIN
判别
电路
输出
光强度调制,··· ···
4
光学信号变换 举例
光机扫描扩大视场 光谱滤波消除背景辐射干扰 色散光栅实现光谱的空间分离 光强度调制,··· ···