31光束调制原理.ppt

光源 传输 调制 光束的调制和扫描 第 3 章 重点掌握： 电光、声光调制原理 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。 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。 § 3.1 光束调制原理 激光 是一种频率更高的电磁波，它具有很好相干性，因而 象以往电磁波（收音机、电视等）一样可以用来作为传递信息 的载波。 例子： 调幅波的调制过程 解调（ demodulate) ：调制的反过程，把调制信号还原 成原来的信息。 电视传像的基本过程 根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制 ) cos( ) ( c c c c t A t E ? ? ? ? 振幅 ? c A 角 频 率 ? c ? 相 位 角 ? c ? 例如： 光发调制（内调制） 激光光波的电场强度是： 内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即 以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特 性以实现调制。 外调制 ：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调 制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制 器时，就会使光波的某参量受到调制。 例如：视频 信号传输调制过程 外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量级）， 调制带宽要宽得多，故倍受重视。 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。 § 补充 基本概念 1. 光调制：指改变光波的振幅、强度、频率、相位、 偏振等特性参数，通过光与物质相互作用所产生的物 理效应实现的。 2. 调制器：指用于改变光波特性参数的物质或器件， 可分为天然调制器和人工调制器，又可以分为体调制 器和光波导调制器。 3. 调制种类：按照对光波参数的调制，可以分为强度 调制、相位调制、频率调制和偏振调制等。 4. 调制方式：按照光受到的作用场的不同，可以分为 电光调制、声光调制、磁光调制和光光调制等。 § 补充 光调制的评价指标 1. 调制深度（或调制度）：指光载波由外加信号作 用产生的变化能力。 外加信号使光强减弱时，定义为 η =( I 0 - I )/ I 0 ; η max =( I 0 - I m )/ I 0 外加信号使光强增强时，定义为 η =( I - I 0 )/ I m ; η max =( I m - I 0 )/ I m 2. 调制带宽：指调制器件能工作的调制频率范围。定 义为调制深度的最大值下降到 50% 时，取上下两个频 率之差 Δν 。 § 补充 光调制的评价指标 3. 插入损耗：指光在调制器中传输所产生的损耗，通 常用分贝表示。 外加信号使光强减弱时，定义为 L i =10lg （ I t / I o ） 外加信号使光强增强时，定义为 L i =10lg （ I t / I m ） I t : 无调制器时光波的传输光强； I o ：有调制器但无外加信号时的传输光强； I m ：施加最大外界信号时的传输光强。 4. 隔离度：指输入端和输出端之间的最终损耗情况， 也用分贝表示： L i =10lg （ I o / I i ） A m 和 ω m 分别是调制信号的 振幅 和 角频率 . 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。 ) 1 1 . 3 ( ) cos( ) ( ? ? ? c c c c t A t E ? ? ) 2 1 . 3 ( cos ) ( ? ? t A t a m m ? 设激光载波的电场强度如： 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： § 3.1.1 振幅调制 当进行激光振幅调制时， (3.1-1) 式中的激光振幅 A c 不再是 常量，而是与 调制信号成正比 。 例如： 调幅波的调制过程 其调幅波的表达式为： 利用三角公式： 得： ? ? ? ? c m c c a c m c c a c c c t A m t A m t A t E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( cos 2 ) ( cos 2 ) cos( ) ( ? ? ) cos( cos 1 ) ( c c m a c t t m A t E ? ? ? ? ? ? (3.1-3) ? ? ) cos( ) cos( 2 1 cos cos ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (3.1-4) 称为调幅系数。 c m a A A m ? m ? 2 调 幅 波 频 谱 2 c a A m ? m c ? ? ? c ? m c ? ? ? 2 c