光电子技术电子课件-激光调制

激光调制

激光具有很好的时间相干性和空间相干性。它和无线电波一样，易于进行调制；光波的频率很高，能够传递的信息量大；光束的方向性很好，发射角小，用它传递信息时，易于保密，并且能够传递较远距离。所以激光是传递信息的一种极为理想的光源。要用激光作为传递信息的工具，首先要解决如何将传输信号加到激光辐射上的问题。

把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制，完成这一过程的装置称为激光调制器。由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程称为解调。激光实际上只起到了“携带”低频信号的作用，所以称为载波，而起控制作用的低频信号是需要传递的信息，称为调制信号，被调制的载波称为已调波或调制光。

把激光调制比作人坐车，则人相当于低频信号，即调制信号，激光相当于车，人在车上相当于已调波，人下车相当于解调。

一、激光调制的种类

按调制的性质而言，激光调制与无线电波调制相类似，可以采用连续的调幅、调频、调相及脉冲调制等形式。

（1）调幅

调幅就是使光载波的幅度随着调制信号的变化规律而改变。

（2）调频和调相—角度调制

调频或调相就是使光载波的频率或相位，随着调制信号的变化规律而改变。因为这两种调制波都表现为总相角的变化，故统称为角度调制。

（3）脉冲调制

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调制。先进行电调制，再对光载波进行光强度调制。强度调制是指光载波的强度（光强度）随调制信号变化的调制。

这种调制是把模拟信号先转换成电脉冲系列，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送信息。要实现脉冲编码调制，需要经过三个过程：抽样、量化和编码。

1）抽样

抽样就是把连续的信号波分割成不连续的脉冲波，用一定周期的脉冲序列来表示，且脉冲列

（称为样值）的幅度是与信号波的幅度相对应的。

2）量化：

量化就是把抽样之后的脉冲调制波做分级取“整”处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。

3）编码：

编码是把量化后的数字信号转换成对应的二进制代码的过程。

二、激光调制的方式

光的调制方式有多种，常见的有声光调制、电光调制、直接调制和磁光调制。它们共同的特点是通过改变介质的光学性质来实现对光波的调制。本节主要介绍的是声光调制。

1.声光效应

介质中存在弹性应力或应变时，介质的光学性质（折射率）将发生变化。当超声波在介质中传播时，由于超声波是一种弹性波，它将引起介质的疏密交替变化而导致介质的折射率发生改变，当光波通过此介质时其传输特性就会受到影响而改变，这种现象称为声光效应。声光效应已被广泛用来实现对光波（相位、频率和幅度）的控制，并做成各种声光调制器、光偏转器等。

2.电声换能器晶片的物理特性

换能器一般采用石英晶片，在石英晶片上加一个交变电场，当电厂的频率等于晶片的固有机械振动频率时，弹性振动的幅值达到最大值。

3.声光调制器

（1）声光调制器的组成：由声光介质、电声换能器及驱动电信号等组成。

（2）声光调制的原理：

是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号（调幅）的形式作用于电声换能器上，形成变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。

三、激光的调制的应用实例——激光打印机

激光打印机以其打印速度快、打印品质高、性能卓越、操作简单等优点，在人们的日常生活中越来越受到青睐。

激光打印机就是声光调制的例子，下面对激光打印机进行分析：

1.激光打印机的基本组成：

激光打印机由激光扫描装置、八角棱镜、硒鼓、带电电极、墨粉涂层辊、清洁器6部分组成。

2.激光打印机的工作原理：

（1）激光打印机的工作过程：

通常分为6步：

（2）激光扫描装置和激光扫描过程：

①激光扫描装置。

激光扫描装置包括激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同步器和光偏转器，其作用是将接口电路送来的二进制点阵调制在激光束上，然后扫描到感光体上。

a.激光器

激光器是激光扫描系统的光源，它具有方向性好、单色性强、相干性高和能量集中，便于调制和偏转等优点。

常用的激光器有两种，一种是氦—氖气体激光器。（优点：输出功率较大、体积大、可靠性高和噪声小；在早期的大型激光器中采用较多）

另一种是半导体激光器。（优点：体积小，成本低，可直接进行内部调制，作为轻便型台式激光打印机的激光源。）

b.声光偏转调制器

如果让激光束入射到超声媒质中，激光束就会产生衍射，衍射光的强度和方向随超声波的频率和强度变化而变化，这就是声光效应。只有一种频率的高频信号入射到超声媒质中时，激光束除产生未偏转的原激光外，还产生一条衍射光，声光调制器在改变光束的传播时还使原激光和衍射光的强度随调制信号而变化；如果有若干个不同的高频正弦波加到换能器上，就可以产生若干条衍射光，这种现象称为多频衍射。

c.扫描器

要使经调制后的激光光束在感光硒鼓上产生文字和图像，需要完成横向（沿打印纸行的方向）和纵向两个方向的运动。纵向运动可以依靠硒鼓的旋转来完成，光束的横向运动则是由扫描

器来完成的。

d.同步器

同步器的作用是减小误差。

②激光扫描过程

由激光器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转调制器，同时，由计算机送来的二进制图文点阵信息由接口送到字形发生器，形成需要字形的二进制脉冲信息。由同步器产生的同步信号控制9个高频振荡器，再经频率合成器和功率放大器加到声光调制器上，对由反射镜射入的激光束进行调制，调制后的光束射入多面转镜，再通过广角聚焦镜将光束聚焦后射到光导鼓表面，使角速度扫描变成线速度扫描，从而完成整个扫描过程。在经过充电、曝光、转印、显影、定影、清洁，即可进入新的一轮工作周期。