电光调制系统设计

沿 z 方向加电场, 通光方向沿感应主轴 y c方向, 经
起偏器后光的振动方向与 z 轴的夹角为 45b。光进入
晶体后, 将分解为沿 x c和 z 方向振动的两个分量, 两者
之间的折射率之差为
nxc -
nz
=
n0 -
n
2 0
C63
E
z
/2 -
ne 。
假定通光方向上晶体长度为 l, 厚度为 d ( 即两极间的
外加一个电压, 此电压就是需要调制的信号。当给电 光晶体加上电压后, 晶体的折射率及其光学性能发生
变化, 改变了光波的偏振状态, 线偏振光变成了椭圆偏
振光。为了选择合适的调制工作点, 在电光晶体之后
插入一个 K/ 4波片, 使通过电光晶体的两束光线的相 位延迟 P/ 2, 使调制器工作在线性部分, 通过检偏器检
术、自动控制技术。
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# 39#
# 计算机与自动化技术 #
电子工 程 师
2007年 3月
解决了单片机软件升级和维护困难的问题, 缩短了单 片机软件的开发周期。
参考文献
[ 1] 广州周立 功单片机 发展 有限公 司. P89LPC932 F lash单片 机使用指南 [M ].
[ 2] 广 州周 立 功 单片 机 发展 有 限 公司. LPC900 系 列 单 片机 ICP 及 ISP 使用指南 [M ] . 2005.
$nz c= 0
式 ( 4)表明, LN 晶体沿 z 轴方向加电场后, 可以产
生横向电光效应, 但是不能产生纵向电光效应。 经过晶体后, o光和 e光产生的相位差为:
$U =
2PKl( no -
ne )
+
PKn3o
Cc
l
U d
( 5)
2. 4 信号源
信号源系统结构如图 3所示。信号源是为了给电
光晶体提供调制电压以及使系统能够接入音频信号。
电源部分可以同时输出几路直流稳压电源给信号源的
各个模块同时供电; 信号发生模块产生频率和幅度都
连续可调的正弦波与方波; 功率放大模块将输入的正
弦波与方波以及音频信号放大到几十伏, 然后加到电 光晶体上调制通过电光晶体的激光; 解调模块对从探 测器输入的微弱信号进行解调放大, 对输入的微弱音 频信号驱动放大后通过音箱把声音放出来; 偏置高压 模块产生幅度连续可调的直流高压, 以代替 K /4波片 作为调制晶体的半波电压。
4 结束语
通过以上电光调制系统验证电光调制技术进行激 光通信是可行的, 而且此种通信方法传输速度快, 抗干 扰能力强, 保密性好, 结构简单, 成本低廉, 易于实现。
参考文献
[ 1] 江月松. 光电技术 与实验 [M ]. 北京: 北京理 工大学 出版 社, 2000.
[ 2] 倪 新 蕾. 电 光 调 制 及 其 应 用 [ J]. 中山 大 学 学 报 论 丛,
变压器升到 1 000 V, 再将该电压通过倍压电路提升到
约 5 000 V, 然后通过限流电阻直接给激光管供电。当 电源开关刚打开时, 激光管中气体还没有电离, 内阻相
百度文库
当于无穷大, 此时电源输出约 5 000 V 高压, 这就是激
光管的点火电压, 使得激光管中的气体电离, 激光管开
始工作, 这时激光管的电阻将会大大下降。也就是说, 负载电流上升, 激光器的电源输出电压也会下降。
测输出光的偏振方向, 最后用光电探测器检测调制后
的光信号, 并将其转换为电信号用示波器观察。 2. 2 激光器和激光器电源
此系统中, 激光器使用氦氖激光器。氦氖激光管
是一种特殊的气体放电光源, 与其他光源相比, 它具有
极好的单色性、高度的相干 性和很强的方向性 ( 发散 角很小 ) [ 3] , 激光器电源首先将 220 V 输入电压通过
距离 ), 则外加电压为 V = Ezd 时, 从晶 体出射的两束
光的相位差为:
$U =
2P K
(n0 -
ne ) l -
1 2
n20
C63
l d
V
( 1)
由式 ( 1) 可以看出, 只要晶体和通光波长 K确定
之后, 相位差 $U的大小取决于外加电压 V, 改变外加
电压 V 就能使相位差 $U随电压 V 成比例变化。通常
K eyw ord s: ISP; P89LPC932; M CU; RS-232; so ftw are upgrade
YANG H engxin1, LU Cu ixia2 ( 1. Optic-e lectron ic Eng ineering Inst itute, N anjing University o f Posts& T e lecommunications,
Nan jing 210003, China; 2. Nanjing P ride T echno logy Co L td, N anjing 210003, China)
使用的电光晶体的主要特性之一是采用半波电压来表
征 ( 当两光波间的相位差 $U为 P弧度时所需要的外
加电压称为半波电压 ) 。
2 电光调制系统总体设计
基于电光调制原理设计出此电光调制系统, 用以 研究电场和光场相互作用的物理过程, 也适用于光通 信与物理的实验研究。电光调制系统结构见图 2。
图 1 横 向电光调制器结构
1 电光调制原理 [ 1]
电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下 折射率发生变化的电光效应而进行工作的。根据加在 晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同, 可分为纵向调制和横向调制。电场方向与光的传播方 向平行, 称为纵向电光调制; 电场方向与光的传播方向 垂直, 称为横向电光调制。横向电光调制的优点是半 波电压低、驱动功率小, 应用较为广泛。本电光调制系 统是以铌酸锂晶体的横向调制为例。图 1是一种横向 电光调制的示意图。
E1 = E2 = 0, E 3 = E。那么, 加上电场后折射率椭球为:
1 n2o
+
C13E 3
(x 2 + y2 ) +
1 n2o
+
C33E 3
z2
=
1
( 3)
沿着 3个主轴方向上的双折射率为:
$nx c =
$ny c = no - ne +
1 2
( n3e C33 -
n3o C13 )E
( 4)
2. 3 锂酸铌电光晶体
铌酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性
等性能。本系统中采用 LN 电光晶体。 LN 晶体是三
方晶体, n1 = n2 = no, n3 = ne 。
没有加电场之前, LN 的折射率椭球为:
x2
+ y2
n
2 o
+
z2 n2e
=
1
( 2)
本系统中采用 y 轴通光、z 轴加电场, 也就是说,
[ 3] 广州周立功单片 机发展有限公司. P89L PC932的 ISP 应用 设计 [M ].
[ 4] 广州周 立功 单片 机发 展有 限公 司. P89LPC932A 1单 片机 器件手册 [ M ]. 2004.
[ 5] 广州周立功单片 机发展有 限公司. P89LPC932A 1 F lash 单 片机使用指南 [M ]. 2004.
收稿日期: 2006-05-24。
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图 2 电光调制系统结构
2. 1 工作原理 [ 2] 激光器电源供给激光器正常工作的电压, 确保激
光器稳定工作。由激光器产生的激光经起偏器后成线 偏振光。线偏振光通过电光晶体的同时, 给电光晶体
第 33卷第 3期
马 玲, 等: 电光调制系统设计
# 基本 电子电路 #
Abstract: T his paper introduces ISP techno logy, the ISP characterist ics o f P 89LPC932 M CU, and discusses particularly the princ ip le and rea liza tion m ethods of MCU app lication so ftw are update using ISP mode. In th is system, when the com binat ion key is pressed, theMCU app lication softw are runs seria l port fram e interval detect ion subprogram. T he fram e interval signal is sent from PC serial port on wh ich ZLG ISP900 is running, then w henM CU detects the signa,l a reset ofM CU happens and then MCU com es into ISP m ode, so theM CU app licat ion so ftw are can be updated through RS232 cable connection be tw een PC and MCU. In this paper, the realization circuit and operation flow of P89LPC932 ISP m ode programm ing is g iven in deta i.l
第 33卷第 3期 2007年 3月
电子 工程 师 ELECTRON IC ENG INEER
V o .l 33 N o. 3 M ar. 2007
电光调制系统设计
马 玲, 沈小丰, 王 杰
( 湖北大学电子信息工程系, 湖北省武汉市 430062)
摘 要: 调制是光电系统中的一个重要环节。光辐射的调制是指改变光波振幅、强度、相位或频 率、偏振等参数使之携带信息的过程。调制的目的是对所需处理的信号或被传输的信息进行某种形 式的变换, 使之便于处理、传输和检测。目前用得较多的是电光调制、声光调制等方法。文中介绍的 电光调制系统主要是验证电光调制原理以及介绍电光调制在激光通信方面的应用, 通过此系统了解 晶体电光调制的原理和实验方法, 以便在此系统中测量晶体的半波电压、电光系数和消光比等参量。
[ 6] 周立 功, 等. LPC900系 列 F lash单 片机应 用技 术 ( 上册 ). 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.
杨恒新 ( 1971-) , 男, 硕士, 讲师, 主要 从事电 子电路 理论教 学及 EDA、微机应用、单片机应用研究。
Application of ISP Technology to Software Update ofMCU
图 3 信 号源系统组成结构
3 电光调制在光通信中的应用 [4]
本系统是用光波传递声音信息, 由激光器产生的 激光经起偏器后成为线偏振光, 再经过 K/ 4 波片变成 圆偏振光, 使得 2 个偏振分量 ( o光和 e光 ) 在进入电 光晶体之前产生 P/ 2的相位差, 使调制器工作在近似 线性区域。在激光通过电光晶体的同时, 给电光晶体 加一个外加电压, 此电压是需要传输的声音信号。当 给电光晶体加上电压后, 晶体的折射率及其他光学性 能发生变化, 改变了光波的偏振状态, 因此, 圆偏振光 变成椭圆偏振光, 再经检偏器又成为线偏振光, 光强被 调制。此时的光波载有声音信息并在自由空间传播, 在接收地用光电探测器接收被调制的光信号, 然后进 行电路转换, 将光信号转换成电信号, 用解调器将声音 信号还原, 最终完成声音信号的光传输。外加电压为 被传输的声音信号, 此信号可以是收录机的输出或磁 带机输出, 实际上就是一个随时间变化的电压信号。
关键词: 电光调制; 电光晶体; 激光; 信号源 中图分类号: TN761
0引 言
当给晶体或液体加上电场后, 该晶体或液体的折 射率发生变化, 这种现象称为电光效应。电光效应在 工程技术和科学研究中有许多重要应用, 它有很短的 响应时间, 可以在高速摄影中用做快门或在光速测量 中用做光束斩波器等。在激光出现以后, 电光效应的 研究和应用得到迅速发展, 电光器件被广泛应用在激 光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。 本文提出的电光调制系统就是基于晶体的电光效应验 证电光调制原理。
2002, 22( 1): 24-26. [ 3] 梅遂生. 光电子技术 [M ]. 北京: 国防工业出版社, 1999. [ 4] 巫建坤. 电光调制技术在 激光通信 中的应 用 [ J]. 北京机
械工业学院学报, 2003, 18( 1) : 10-15.
马 玲 ( 1981-) , 女, 硕士研究 生, 主要 研 究方 向为 光 电技