第一章 电光调制与声光调制

V V I 1 [1 2 J1 ( m )sin mt 2 J 3 ( m )sin 3mt ] I0 2 V V
总相位： （t）=ct
调频和调相以后使总相位(t)变化——按调制信号的规律变。因
此两者可归为一类。两者的差别是实现方法不同。 调相：调制前
e(t)=A c cos(c t c )
调制后 e(t)=A c cos[c t c k a (t )] A c cos (t ) 其中 （t）为总相位且有 (t ) 假设 a (t ) A0 sin mt，则 e(t)=A c cos(c t c k A0 sin mt ) A c cos(c t c m sin mt ) m k A0为比例系数（弧度） d （t） dt
这种调制形式要求更宽的带宽并具有强抗干扰性，在数字光纤通信中应用广泛。
1.2 电光调制
电光调制：强度调制， 相位调制
1.KDP纵向运用，LN横向运用 2.调制器应注意的问题
一、电光调制器的理论基础
利用晶体的电光效应－晶体光学中已经讲过。
1.自然双折射－o光、e光 2.电光效应 如果在晶体中沿某一方向加一定电压，则晶体的折射率要 发生相应的改变，因而晶体的双折射特性也要改变－电光 效应。
调频
：
总相位： （t）= （t）dt+c
0
t
[c k f a (t )]dt c
0
t
c t k f a (t )dt c
0
t
如
果：a (t ) A0 cos mt，则
（t）=c t k f A0 cos mtdt c
0
以上面的为例:
e(t ) Ac cos(c t m f sin mt c ) Ac cos(c t c ) cos(m f sin mt ) Ac sin(c t c ) sin( m f sin mt )
m 当m f 1 时， f k f A0 m ，当 m 一定时，A0小（调制信号弱）
I V 1 V 1 1 sin 2 ( ) [1 sin( )] [1 sin( Vm sin mt )] I0 4 2V 2 V 2 V
当调制信号Vm较小时 V I 1 (1 m sin mt )－－线性关系 I0 2 V
当调制信号Vm比较大时，只能近似用贝塞尔函数展开
二、纵向电光调制器
晶体的运用方式两种：
• • 纵向运用：加场的方向和通光的方向都沿z方向。 横向运用：加场的方向和通光方向垂直。

1.纵向运用的结构和原理
对于KDP类晶体沿Z方向加场时，折射率椭球方程为 2 x 2 y2 z2 2 2 63 Ez xy 1 2 n0 ne
1 3 nx ' noቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ no 63 Ez 2 nx n y n0 1 3 加电场前折射率 加电场前折射率 n y ' no no 63 Ez 2 nz ne nz ne
五．脉冲调制与编码调制 1. 脉冲调制
如果用光脉冲作为载波，这种载波受到调制信号的控制，使脉冲的 幅度、位置、频率等随之发生变化而传递信息。
2. 脉冲调制的类型：
脉冲调幅（PAM） 脉冲强度调制（PIM） 脉冲调频（PFM） 脉冲调位（PPM） 脉冲调宽（PWM） 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制：
2.调制：把信息加到载波的过程即调制。
定义：利用调制讯号去改变载波的某一参数，使其参数 按调制讯号的规律发生变化的过程。 从定义看出调制的含义： 1) 调制讯号：需要调制的信息需转化为电讯号，即调制讯号 2) 载 波：为传递信息附加的载体。载波一般用无线电波，光 波等，需要频率较高，而且频率固定。。
二．激光调制
1.激光调制：利用激光作为载波进行调制的过程。
1)单色性好。 2) 激光发散角小 3) 具有较好的时间相干性和空间相干性
2.调制器：完成激光调制的装置 3.调制的分类
1) 内调制：在激光形成过程中，以调制信号的规律去改变激光振荡的 某一参数。即用调制信号控制着激光的形成。
2) 外调制：把调制器放在激光器的外面
2
在实际应用中，为了得到较强的抗干扰效果，往往利用二次 调制方式，即先将低频信号对一高频副载波进行频率调制，然 后再用这个已调频波对光载波进行强度调制，使光波按副载波 信号的变化而变化。这是因为在传输过程中，尽管大气感染波 会直接叠加到光信号波上，但经调节后，其信息是包含在调频 的副载波上，故其信息不会受到干扰，可以无失真地再现原来 的信息。
A(t ) Ac Ka(t )
调制后： a(t ) A0 cos mt
－调制讯号
e(t ) ( Ac KA0 cos mt ) cos(ct c )
(2)调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
振幅的最大值
振幅的最小值 振幅的最大增量
Amax Ac KA0
I 0 (光强最大增量) K p A0 mp I 0 2 (光强平均值) I0 2
调制后的光强为：
I0 I (t ) (1 m p sin mt ) cos 2 (ct c ) 2
（2）对的mp要求
mp <1，比较理想的光强调制公式
要求 I 0 1 mp sin mt I 0 波形不失真
第一章 激光调制 与偏转技术
第一章 激光调制与偏转技术
以调制为重点。对偏转技术不作重点要求。 主要讲以下几个问题。
一．调制基本概念 二．强度调制和振幅调制（定义，调制方法） 三．相位调制和频率调制（定义，调制方法） 四．激光偏转技术（简单）
1.1 概述
一、调制 1.目的：通过调制进行信息的传递。
A min Ac KA0 A Amax Ac Ac Amin
m
A Ac
＝ 由 A KA0 可得 m
KA0 Ac
m主要由K，A0决定，即比例系数K和调制讯号的振幅A0
对m的要求：
m<1,保证调制信号在传输过程中 不畸变。
m≥1时，使调制信号失真。
(3)调幅波的频谱分析
调幅波含三个不同的频率 ：
第一项为调制前的激光振荡波（载频分量）
第二项激光频率和调制频率之和（边频分量）
第三项激光频率和调制频率之差 （边频分量）
2.强度调制
(1)定义:以调制信号去改变激光的光强，使光强按着调制信号 的规律变化的过程。
考虑经过光强调制以后，不失真，则平均光强选在 I0/2 。
设 a(t ) A0 sin mt ，则光强调制系数为
(1)当晶体加以直流电压VD 时
VD I I 0 sin 2V
2
I I 0 －光的透过率
I/I0和VD 的曲线不 是线性关系—易发 生畸变,在V/2附近
有一段近似线性部 分----波形畸变小。
3.防止输出光强畸变的方法(如何保证D= /2) a.在晶体上加以V/2的直流电压
t
c t
k f A0
m
sin mt c
c t m f sin mt c 调频后的电场：e(t ) Ac cos(c t m f sin mt c )
2.频谱
调频和调相以后，总相位角按调制讯号的规律变化，激光的频率是时间的函 数。根据付里叶分析，它是许多不同频率波形之和。
V V 2 Vm sin mt，使 D 2
缺点：工作点的稳定性差。 V 2
，温度变 no变 V 2变 3 4no 63
b. 在光路中加以1/4波片
这是目前最简单的方法,当波片的快轴//x’，慢轴//y’时，光通过1/4波片后 产生的相位差为/2（附加相位差）

结论：利用调制信号控制加在晶体上的电压，使激光输 出的强度按调制信号的规律变化——强度调制。
2.调制器的工作原理 调制电压和输出光强度之间的关系是 1 2 3 2 3 I I 0 sin ( no 63V ) I 0 [1 cos( no 63V )] 2 输出的光强和调制电压并不是线性关系－波形失真。 调制的目的：利用调制传递信息，如果在调制过程中波形失真，使调制的 信号不能还原——达不到目的。 半 波 电 压：使光在晶体中分解的两束光的光程差为 /2 时所需要加的电 压，或者说：使两束光的位相差为 时所加的电压。用V或 V/2表示。
cos(m f sin mt ) 1 sin(m f sin mt ) m f sin mt e(t ) Ac [cos(ct c ) m f sin mt sin(ct c )] Ac cos(ct c ) mf 2 Ac cos[(c m )t c ] mf 2 Ac cos[(c m )t c ]
通过l长的晶体时两束光的位相差： 2 (n n )l 2 n3 V y' x' o 63
光强： I I sin 2 ＝I sin 2 ( n3 V ) 0 0 2 o 63 当加在晶体上的电压V的改变使 从0到之间变化，则 从0 ; I 从0 I 0
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（PCM数字信号），再对光载波进行强度调制来传递信息。 要实现脉冲编码调制，必须经过抽样、量化、编码三个过程。
抽样：把连续的信号波分割成不连续的脉冲波，用一定周期的脉冲列来表示， 且脉冲的幅度与信号波的幅度相对应的。 量化：把抽样后的脉幅调制波做分级取“整”处理，用有限个数的代表制取 代抽样值的大小，这个过程叫做“量化”。 编码：把量化后的数字信号变换成相应的二进制代码的过程叫做“编码”。 即用一组等幅度、等宽度的脉冲作为“码子”，用“有”脉冲和“无”脉冲分 别表示二进制的数码“1”和“0”。再将这一系列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。