光电子技术_王俊波_光束调制原理共26页文档

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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

光电子技术Chapter3_1

光电子技术Chapter3_1

§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。
1. 电光强度调制
1) 纵向电光调制(通光方向与电场方向一致)
沿z轴入射的光束经起偏器变为平行于x轴的线偏振光 进入晶体后(z=0)被分解为沿x’和y’方向的两个分量,两个振幅(等 于入射光振幅的1/ 2)和相位都相等.
编码—把量化后的数字信号变成相应的二进制编码。
抽样与量化
f (t ) V
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0 .8 0 .7 0.6 0 .5 0.4 0.3 0 .2 0.1
1.46 ≈ 1.5
1.52 ≈ 1.5 1.22 ≈ 1.2
0.87 ≈ 0.9
0.89 ≈ 0.9
调频波图像
调频波频谱
E (t ) Ac J 0 (m) cos(ωct + ϕc ) + Ac ∑ J n (m) [ cos(ωc + nωm )t + ϕc + (−1)n cos(ωc − nωm )t + ϕc ] 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所组成的。各边频之间的频 率间隔是������������������������ , 各边频幅度的大小由贝塞尔函数 Jn(m) 决定。
������������ ������������ = ������������������������ + ������������������������(������������)
调频波总相角为:
∆������������ ������������ ������������ = � ������������ ������������ ������������������������ + ������������������������ = ������������������������ ������������ + sin ������������������������ ������������ + ������������������������ ������������������������

光电子技术_王俊波_红外成像光学系统共22页文档

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光电子技术_王俊波_红外成像光学系统
31、园日涉以成趣,门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥,窥灶不见烟。
34、春秋满四泽,夏云多奇峰,秋月 扬明辉 ,冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海,我愿不知老。
16、业余生活要有意义,不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰,也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人,而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着,就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书,莫被书掌握;要为生而读,莫为读而生。——布尔沃
END
ห้องสมุดไป่ตู้

光电子技术王俊波电光调制.ppt

光电子技术王俊波电光调制.ppt


L (c / n)
激光通过长度为L的晶体所需时间。
对电光调制器来说,总是希望获得高的调制效率及满足要求的 调制带宽。
前面对电光调制的分析,均认为调制信号频率远远低于光波频
率(也就是调制信号波长远远大于光波波长),并且入远大于晶体的
长度L,因而在光波通过晶体L的渡越时间 d

L (c / n)
内,调制信号
由此可见,输出的调制光中含有高次诣波分量,使 调制光发生畸变。为了获得线性调制,必须将高次
2019/10/15 共29页 9
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谐波控制在允许的范围内。设基频波和高次谐波的幅 值分别为I1和I2n+1, 则高次谐波与基频波成分的比值为
(3.2-33)
若取 =1rad, 则J1 (1)=0.44, J3(1)=0.02, 所以I3 /I 1
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其一,除了施加信号电压之外,再附加一个 Vλ/4 的固定偏压, 但会增加电路的复杂性,且工作点的稳定性也差。
其二,在光路上插入一个1/4波片(3.2-5图)其快慢轴与晶体 主轴x成45o 角,使E x’和E y’二分量间产生 /2 的固定相位差。 (3.2-30)式中的总相位差
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1.外电路对调制带宽的限制
调制带宽:调制信号占据的频带的宽度。
调制信号频率高时大部分电压降在电源内阻上,致使晶体无法 工作。若要调制信号在较高频状况下工作时(实现阻抗匹配必须在 晶体两端并联一电感和分流电阻)其频带宽度就要受到约束:
当调制频率与谐振频率相同时电压全降在晶体上。
于是,通过两块晶体之后的总相位差
(3.2-37) 因此,若两块晶体的尺寸、性能及受外界影响完全相同,则自 然双折射的影响即可得到补偿。

光电子技术_王俊波_光敏电阻

光电子技术_王俊波_光敏电阻

主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻
⑵刻线式 在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔,将其刻划成栅状槽,然 后在槽内填入光敏电阻材料层后制成。其结构如下图所示。
⑶涂膜式 在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其结构下图。
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主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻
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主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻
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主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻
光敏电阻阻值对光照特别敏感,是一种典型的利用光 电导效应制成的光电探测器件。 对于本征型,可用来检测可见光和近红外辐射 对于非本征型可以检测波长很长的辐射
Rp
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主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻
三种形式 ⑴梳状式 玻璃基底上蒸镀梳状金属膜而制成;或在玻璃基底上面 蚀刻成互相交叉的梳状槽,在槽内填入黄金或石墨等导 电物质,在表面再敷上一层光敏材料。如图所示。
光电导体膜
绝缘基底
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1-黑暗放置3分钟后 2-黑暗放置60分钟后 3-黑暗放置24小时后
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主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻
亮态前历效应:
光敏电阻测试或工作前已处于亮态,当照度与工作时 所要达到的照度不同时,所出现的一种滞后现象。
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主讲:周自刚《光电子技术》§4.4光敏电阻

第六讲 光束调制原理

第六讲  光束调制原理
c t k f a(t )dt c c t k f ( Am cos m t )dt c c t m f sin m t c
mf k f 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 ) Ac cos(c t m f sin mt c )
c. 比内调的调制速率高(约一个数量级)。
缺 点: 调制效率低。 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。
24
二、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。 设激光载波的电场强度如: Ec (t ) Ac cos(c t c )
如果调制信号是一个时间的余弦函数,即: a(t ) Am cosm t
E (t ) Ac cos( c t c ) k Ac cos( c m )t c 2 k Ac cos( c m )t c 2
k Am Ac
称为调幅比例系数。
22
二、振幅调制 知识延展
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
11
三、角度调制

E (t ) Ac J 0 (m) cos(c t c ) Ac J n (m)[cos(c n m )t c (1) n cos(c n m )t c ] n1
在单频正弦波调制时,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所组成的。各边频之间的频率间隔是 J n (m) , 各 边频幅度的大小 m由贝塞尔函数决定。
Amax Ac kAm Amin Ac kAm
振幅的最小值

光电系统光束调制原理总结

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。

第三章光电子技术-1光波电调制

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。
29
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。

光束调制原理

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

m a Ac 2
m a Ac
2

c m
c
c m


2 m

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

 光电子技术 电光调制
§3第.2电三光章调制 光束的调制和扫描
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

光电子技术(第5版)第三章 光束的调制和扫描

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

光电子技术_王俊波_光束调制原理

光电子技术_王俊波_光束调制原理
则调相波的表达式为: (3.1.8)
E (t ) Ac cos( c t m cosmt c )
式中,m
共24页 12
(3.1.9)
k Am称为调相系数。
UP DOWN BACK
主讲:周自刚《光电子技术》§3.1 光束调制原理
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
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( c t c )
ωc 不再是常数,而是随调制信号而变化,即:

sin(m sin mt ) 2 J 2 n 1 (m) sin(2n 1)mt
n 1

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。
共24页 14
UP
DOWN
BACK
主讲:周自刚《光电子技术》§3.1 光束调制原理
将以上两式代入(3.1-11) 式利用三角函数关系式:
(3.1.13)
共24页 18
UP
DOWN
BACK
主讲:周自刚《光电子技术》§3.1 光束调制原理
于是,强度调制的光强表达式可写为 :
2 Ac I (t ) 1 k p a(t ) 2

cos2 ( c t c )
(3.1.14)
kp
比例系数
设调制信号是单频余弦波 a(t ) Am cos( m t )
(3.1 1)
a(t ) Am cosmt

7 光束的调制

7 光束的调制

5)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:
11
通过抽样,原来的模拟信号变成一脉幅调制信号 只要抽样频率比所传递信号的最高频率大两倍以 上,就能恢复原信号 2.量化: 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
透 过 率
当Г为π 时的电压称为半 波电压V π (即光波的两 个垂直分量的光程差为 半个波长)
100
% 50 0
π/2
V0/2
V0
π
施加电压 相位差
25
2. 电光调制器
电光强度调制(线性问题的改善方法)
• 在光路(起偏器与电光晶体之间)中插入一个 1/4 波片,插入1/4波片后两偏振分量的相位差为:
2


频谱按前面类似的方法求得,其频谱分布除了载 频及对称分布的两边频外,还有低频 m和直流 分量 8
4)脉冲调制
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
第一项载频分量,第二三项是因调制产生的新分量,称 为边频分量: 如果调制信号是一复杂的周期信号,则调幅波的频谱将 4 由载频分量和两个边频带组成
2)频率调制和相位调制
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 t c t c k f at
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