直接调制和空间光调制

2.放大功能 当写入光强较弱时，或者在信息处理过程层中图 像信号变弱时，可以采用空间均匀分布的、强度 大的空间光调制器予以增强，即可得到放大了的 输出光相干信号。 3.运算功能 信号倍乘识别大多数空间光调制器的固有性能。 4.阈值操作功能
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利用器件的阈值特性，可以把连续变化的写入信 号变换成若干分立的“值”输出，最简单的操作 是把写入信号量化为“0”和“1”两种输出。给 一个阈值，当写入信号大于阈值时输出为“1”， 小于时输出为“0”，这种操作称为阈值操作， 空间调制器可以看作是非线性光开关的二维阵列。
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1.6 空间光调制器
1.6.1 空间光调制器的概念
空间光调制器，是一种对光波的空间分布进行调 制的器件。空间光调制器含有独立单元即像素，它 们在空间排列成一维或二维阵列，每个像素都可以 独立的接受光信号或电信号的控制，并按此次弄好 改变自身的光学性质，从而对通过他的光波进行调 制。
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1.6.2 空间光调制器的基本功能
1.变换器功能 （1）电—光转换和串行—并行转换。 例如：待处理的信息来自摄影机或计算机模拟信号，他往 往是一个随时间变化的电信号，为了把该信号输入到光学 系统中去，就要用空间光调制器，一方面把按时间先后串 行的电信号，转换成一个在空间以一维或二维阵列形式排 列的控制信号，另一方面又把阵列中每个像素上的控制信 号转换成能调制读出光的光学性质的变化。
读出光通过调制器时，其光学参量就受到空间光 调制器个像素的调制，输出一束具有新的光学参量 空间分布的输出光。
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这种方式主要用于光—光转换器件，这种器件 可以用于光学信息处理和光计算机进行图像转换、 显示、存储和滤波。
当写入信号是电信号时，采用电学寻址方式， 主要用于电—光实时接口器件。优点：直接利用 电信号控制输出光的振幅或相位。
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1.5.1 半导体激光器（LD）直接调制原理
由半导体的激光输出特性图可以看出：
半导体激光器有一个阈值电流It，到驱动电流小于It时，激 光器基本上不发光或只发出微弱的荧光；当驱动电流大于It 时，开始发射激光。
其光谱特性图如图：
输 出 功 率
高于阈值
相
对
强
低于阈值
度
驱动电流
波长
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1.5 直接调制
直接调制就是要把传递的信息转变为电流信号注入 半导体光源，从而获得已调制的信号。由于它是在光源 内部进行的，因此又叫内调制。 优点：简便高效率、高速调制 根据调制信号的类型，可分为以下两种：
模拟调制：用连续模拟信号直接对光强度进行调制
数字调制：用脉冲编码的数字信号对光源进行强度 调制
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控制这些像素光学性质的信号称为“写入信号 （W）”，写入信号可以是电信号也可以是光信号， 射入器件并被调制的光称为“读出光（IR）”，和调 制后的“输出光”的关系为：
写入信号（W）
读出光 （IR）
输出光（IO）
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当写入信号是光信号时，通常表现为一个二维的 光强分布的图像，通过一光学系统成像在空间光调 制器的像素平面上，是入射光的像素与空间光调制 器的像素一一对应，这个过程称为“寻址”。寻址 方式为“光学寻址”。因为寻址时同时完成的，因 此光学寻址是一种“并行寻址方式”。
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当激光频率很高时，调制电路要用高通滤波 电路来实现，此时会产生畸变。为了不产生调 制畸变，要求输出功率要与阈值以上的电流呈 良好的线性关系；为了尽量不出现驰豫振荡， 应采用条宽较窄的激光器结构。
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1.5.2 半导体光源的模拟调制
无论是使用LD或LED作为光源，都要施加偏置电流Ib， 使工作点处于LD后LED的线性工作区。调制线性好坏与 调制深度m有关：
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工作原理： 当在透明电极上加上工 作电压而无光照时，晶 体的光学性质并不发生 变化，因为此时大部分 电压降到光敏层。
LD： m=
调制电流幅度
偏置电流-阈值电流
LED: m=
调制电流幅度 偏置电流
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由这两个图可以看出，m大时，调制信号幅度大，但 线性差；m小时。线性好，但调制幅度小，因此要选 择合适的m值。
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1.5.3 半导体光源的PCM调制
数字调制是二进制数字信 号“1”码和’0”码对光源发 出的光载波进行调制。 1、先将连续的模拟信号通 过“抽样”变换成一组调幅
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若把调制信号加到激光器上，就可以直接改变激光 器输出光信号的强度。 半导体激光器调制原理示意图：
直流
半导体
偏置
激光器
调制
信号
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由输出光功率与调制信号的关系曲线图可知： 为了获得线性调制，使
工作点处于输出特性曲线 的输出部分我们需要在加 调制信号的同时加以适当 的偏置电流，使输出的光 信号不失真。偏置电流不 宜偏大，会使激光器的消 光比变坏。
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（2）非相干光—相干光转换 在实时处理系统中，可以把写入的非相干光信号转换
成输出的相干光信号。因为实时处理系统的对象往往是 一个实际物体，一般的光学系统只能使它形成一个非相 干图像，但在处理中却要求一个相干图像，以便进行频 域处理或进行基于光干涉的处理等。
IW
IR
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IO
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空间光调制器还有短时存储、光学限幅、波面 回复等功能。
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1.6.3 几种典型的空间光调制器
1、泡克尔斯读出光调制器（PROM） 为了满足实时处理的要求，陆续出现了多种结构
原理的器件，其中以硅酸铋（简写为BSO）晶体材 料制成的空间光调制器的倒了较快的发展。BSO不 但具有光电效应，而且还具有线性电光效应，半波 电压较低，BSO-PROM空间光调制器的结构示意图如 图：
的脉冲序列；
2、通过“量化”、“编码”过程，形成一组等幅度、等宽带的
矩形脉冲作为“码元”；
3、将PCM数字信号对光源进可行编辑强ppt 度调制。
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数字光通信的优点： 1、数字光信号在信道传输过程中引进的噪声和 失真，可采用简介中继器的方式去掉，抗干扰能 力强； 2、线性要求不高，可充分利用光源的发光功率； 3、数字光通信便于和PVM电话终端、PCM数字 彩色电视机终端和计算机连接，从而组成一个综 合性系统。