第08章光学信号的调制PPT讲稿.ppt

第08章光学信号的调制第1页，共140页，编辑于2022年，星期一光电信号变换与处理光电信号变换与处理例：激光脉冲测距例：激光脉冲测距主波主波回回 波波距离：距离：D=0.5 c t光学信号光学信号变换变换光电信号光电信号变换变换第2页，共140页，编辑于2022年，星期一光电信号变换与处理光电信号变换与处理例：激光脉冲测距例：激光脉冲测距测量时间测量时间t 电学信号电学信号变换变换第3页，共140页，编辑于2022年，星期一光学信号变换光学信号变换 光电信号光电信号变换与处理变换与处理光电信号变换光电信号变换电学信号变换电学信号变换第4页，共140页，编辑于2022年，星期一光学信号变换光学信号变换 举例举例场镜、浸没透镜等光学系统场镜、浸没透镜等光学系统会聚会聚目标辐射能量目标辐射能量红外导引头 探测系统 第5页，共140页，编辑于2022年，星期一光学信号变换光学信号变换 举例举例光强度光强度调制，调制，光纤通信系统光纤通信系统 第6页，共140页，编辑于2022年，星期一光学信号变换光学信号变换 举例举例光机光机扫描扫描扩大视场扩大视场光谱光谱滤波滤波消除背景辐射干扰消除背景辐射干扰色散色散光栅实现光谱的空间分离光栅实现光谱的空间分离光强度光强度调制，调制，光电系统中光学信号变换有着重要的意义，其光电系统中光学信号变换有着重要的意义，其变换方法变换方法也很也很多。本章重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏振等参多。本章重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏振等参数的数的调制调制。场镜、光锥等光学系统场镜、光锥等光学系统会聚会聚目标辐射能量目标辐射能量第7页，共140页，编辑于2022年，星期一第第0808章章 光学信号的调制光学信号的调制8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.3 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.4 8.4 调制信号的解调调制信号的解调8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述第8页，共140页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述光波是信息的载体，通常称为光波是信息的载体，通常称为光载波光载波。1.1.载波的特征参数？载波的特征参数？2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 3.3.二次调制的意义二次调制的意义 第9页，共140页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述1.1.光载波的光载波的特征参数特征参数 人眼和探测器起作用的是光波的电场强度人眼和探测器起作用的是光波的电场强度 振幅振幅频率频率相位相位特征参数：特征参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向传播方向，光的强度光的强度 （辐通量辐通量）光强光强是使用最为广泛的是使用最为广泛的特征参数特征参数第10页，共140页，编辑于2022年，星期一2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述光学调制光学调制是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。程。特征参数：特征参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向传播方向，一次调制一次调制二次调制二次调制 广义的广义的光学调制光学调制第11页，共140页，编辑于2022年，星期一例例1.1.卫星遥感农作物产量卫星遥感农作物产量 地面植物反射太阳光的光谱，生长状况信息地面植物反射太阳光的光谱，生长状况信息 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 将信息将信息直接直接加载到光载波上的调制，称为加载到光载波上的调制，称为一次调制一次调制 第12页，共140页，编辑于2022年，星期一例例2 2 光纤通信系统光纤通信系统 将声音、图像信息加载到光波上将声音、图像信息加载到光波上 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 人为地人为地按确定的规律变换载波信号，称为按确定的规律变换载波信号，称为二次调制二次调制第13页，共140页，编辑于2022年，星期一 脉冲调制脉冲调制将信息加载到光波上？将信息加载到光波上？8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 人为地人为地按确定的规律变换载波信号，称为按确定的规律变换载波信号，称为二次调制二次调制例例3：激光脉冲测距：激光脉冲测距主波主波回波回波第14页，共140页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述例例4 4：利用调制光测量液体浓度：利用调制光测量液体浓度 液体浓度（信息）对光强参数的调制液体浓度（信息）对光强参数的调制 一次调制一次调制调制盘（确定时间规律）对光强参数的调制为调制盘（确定时间规律）对光强参数的调制为 二次调制二次调制 2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 第15页，共140页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述二次调制二次调制的意义？的意义？声音、图像声音、图像加载信息加载信息抑制干扰抑制干扰改善品质改善品质第16页，共140页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述 小结小结光波是信息的载体，通常称为光波是信息的载体，通常称为光载波光载波。光学调制光学调制是指改变光是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。载波的一个或者几个特征参数的过程。将信息将信息直接直接加载到光载波上的调制，称为加载到光载波上的调制，称为一次调制一次调制 人为地人为地按确定的规律变换载波信号，称为按确定的规律变换载波信号，称为二次调制二次调制 光电系统中常用的调制光电系统中常用的调制大多是二次调制大多是二次调制 光的强度光的强度 （辐通量）（辐通量）光强光强是使用最为广泛是使用最为广泛的调制参数的调制参数第17页，共140页，编辑于2022年，星期一第第0808章章 光学信号的调制光学信号的调制8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.3 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.4 8.4 调制信号的解调调制信号的解调8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述第18页，共140页，编辑于2022年，星期一8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.2.1 模拟调制模拟调制8.2.2 脉冲调制脉冲调制8.2.3 编码调制编码调制以光信号的以光信号的强度（强度（辐通量辐通量）调制）调制为例讨论，适用于为例讨论，适用于光波的光波的振幅振幅、相位相位和和频率频率等参数的调制等参数的调制 第19页，共140页，编辑于2022年，星期一8.2.1模拟调制模拟调制振幅调制振幅调制(AM)频率调制频率调制(FM)相位调制相位调制(PM)8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理又称为又称为连续波调制连续波调制第20页，共140页，编辑于2022年，星期一8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理1.振幅调制振幅调制(AM)载 波调制波调幅波第21页，共140页，编辑于2022年，星期一8.2.1模拟调制模拟调制1.振幅调制振幅调制(AM)载波载波 信息信息 振幅调制：振幅调制：载波的包络变化载波的包络变化信息信息 第22页，共140页，编辑于2022年，星期一 例例.利用调制光测量液体的浓度利用调制光测量液体的浓度 载波载波 信息信息 思考：思考：如果溶液的浓度如果溶液的浓度逐步加大，调制波形？逐步加大，调制波形？1.振幅调制振幅调制(AM)第23页，共140页，编辑于2022年，星期一载波载波 信息信息 振幅振幅1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响第24页，共140页，编辑于2022年，星期一讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响第25页，共140页，编辑于2022年，星期一讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响第26页，共140页，编辑于2022年，星期一载波载波 信息信息 振幅振幅1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响动态波形动态波形第27页，共140页，编辑于2022年，星期一载波载波 信息信息 振幅振幅1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.18.2.1模拟调制模拟调制第28页，共140页，编辑于2022年，星期一1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制调幅波频谱调幅波频谱信息信息“频率频率”载波载波“频率频率”信号变换信号变换频率搬移频率搬移 第29页，共140页，编辑于2022年，星期一调幅波频谱：调幅波频谱：单一频率调制信号单一频率调制信号 第30页，共140页，编辑于2022年，星期一调幅波频谱：调幅波频谱：多个频率调制信号多个频率调制信号 第31页，共140页，编辑于2022年，星期一1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制5KHz2100Hz滤波器滤波器 调幅波带宽调幅波带宽 B=2F信号变换信号变换频率搬移频率搬移 第32页，共140页，编辑于2022年，星期一振幅调制应用实例振幅调制应用实例 8.2.1.模拟调制模拟调制第33页，共140页，编辑于2022年，星期一振幅调制应用实例振幅调制应用实例 8.2.1模拟调制模拟调制第34页，共140页，编辑于2022年，星期一2.频率调制频率调制(FM)载波载波 信息信息 频率调制：频率调制：载波的频率变化载波的频率变化信息信息 8.2.1模拟调制模拟调制第35页，共140页，编辑于2022年，星期一2.频率调制频率调制(FM)8.2.1模拟调制模拟调制-频率调制指数频率调制指数 mf 1 宽带调频宽带调频mf 1 宽带调频宽带调频mf 1 宽带调频宽带调频mf 1 宽带调频宽带调频mf 1窄带窄带调频调频 例：例：FM立体声广播立体声广播载波载波:94.6MHz、98.5MHz音频音频:20kHz第41页，共140页，编辑于2022年，星期一2.频率调制频率调制(FM)8.2.1模拟调制模拟调制mf 周期性辐射通量周期性辐射通量 （1）静止目标像静止目标像交流信号，抑制交流信号，抑制噪声噪声 和光源波动和光源波动的影响；的影响；（2）进行进行空间滤波空间滤波，抑制背景噪声；，抑制背景噪声；1)1)调制盘调制调制盘调制第60页，共140页，编辑于2022年，星期一2)2)光栅调制光栅调制光栅光栅是具有是具有周期性周期性空间结构或光学性能（如透射率、反射空间结构或光学性能（如透射率、反射率等）的光学元件。率等）的光学元件。2.机电调制机电调制计量光栅计量光栅（空间周期（空间周期P）衍射光栅衍射光栅（空间周期（空间周期P）第61页，共140页，编辑于2022年，星期一光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹典型的计量光栅典型的计量光栅结构：结构：2)2)光栅调制光栅调制小夹角小夹角主光栅主光栅-定光栅定光栅指示光栅指示光栅-动光栅动光栅第62页，共140页，编辑于2022年，星期一光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹典型的计量光栅典型的计量光栅结构：结构：2)2)光栅调制光栅调制第63页，共140页，编辑于2022年，星期一t光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹原理：原理：光通量明暗交替变化光通量明暗交替变化两光栅移动，莫尔条纹移动两光栅移动，莫尔条纹移动光栅位移信息光强信号光栅位移信息光强信号2)2)光栅调制光栅调制第64页，共140页，编辑于2022年，星期一光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹原理：原理：光栅光栅位移位移信息信息光强光强信号信号2)2)光栅调制光栅调制t第65页，共140页，编辑于2022年，星期一用用计量光栅计量光栅实现光通量实现光通量幅度幅度调制：调制：莫尔条纹图案莫尔条纹图案 光栅每移动一个光栅每移动一个栅栅距距P，条纹就跟着移，条纹就跟着移动一个条纹宽度动一个条纹宽度B。xNP 2)2)光栅调制光栅调制第66页，共140页，编辑于2022年，星期一应用举例：应用举例：光栅光栅线位移传感器线位移传感器测量范围：测量范围：100mm-3000mm 分分 辨辨 率：率：10、5、1、0.5、0.1 m 2)2)光栅调制光栅调制主光栅主光栅-定光栅定光栅指示光栅指示光栅-动光栅动光栅刻线密度刻线密度-测量精度测量精度(10、25、50、100、125线线/mm)第67页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向传播方向，8.3.2 光信号光信号相位相位的调制的调制 8.3.1 光信号光信号强度强度的调制的调制 8.3.3 光信号光信号频率频率的调制的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 第68页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3.1 光信号强度的调制光信号强度的调制可实现可实现强度调制强度调制典型的方法典型的方法2.2.机电调制机电调制3.3.光电子调制光电子调制1.1.辐射源调制辐射源调制 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法第69页，共140页，编辑于2022年，星期一3.3.光电子调制光电子调制1 1）电光调制）电光调制 2 2）声光调制）声光调制3 3）磁光调制）磁光调制0 0 基本概念基本概念 8.3.1 8.3.1 光信号强度的调制光信号强度的调制第70页，共140页，编辑于2022年，星期一0 0 基本概念基本概念（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）是指某些晶体在电场作用下具有的是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应双折射效应，其双折射效应的其双折射效应的大小与电场强度大小与电场强度有关。有关。(1)(1)电光效应电光效应o光光e光光光轴3.3.3.3.光电子调制光电子调制光电子调制光电子调制第71页，共140页，编辑于2022年，星期一0 0 基本概念基本概念（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应，其是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应，其双折射效应的大小与电场强度有关。双折射效应的大小与电场强度有关。(1)(1)电光效应电光效应泡克耳斯泡克耳斯（Pockels）效应）效应 U施加在电光晶体上的电压施加在电光晶体上的电压 U半波电压半波电压3.3.3.3.光电子调制光电子调制光电子调制光电子调制第72页，共140页，编辑于2022年，星期一3.3.3.3.光电子调制光电子调制光电子调制光电子调制第73页，共140页，编辑于2022年，星期一偏振片偏振片(2)(2)偏振元件偏振片偏振元件偏振片0 0 基本概念基本概念（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）若入射的是自然光若入射的是自然光起偏器起偏器3.3.3.3.光电子调制光电子调制光电子调制光电子调制第74页，共140页，编辑于2022年，星期一若入射的是线偏光若入射的是线偏光检偏器检偏器偏振片偏振片0 0 基本概念基本概念（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）（复习光学内容）(2)(2)偏振元件偏振片偏振元件偏振片3.3.3.3.光电子调制光电子调制光电子调制光电子调制第75页，共140页，编辑于2022年，星期一线偏光线偏光经过经过1/41/4波片波片0 0 基本概念基本概念（复习光学内容）（复习光学内容）(3)(3)1/4波片波片3.3.3.3.光电子调制光电子调制光电子调制光电子调制第76页，共140页，编辑于2022年，星期一1 1）电光调制电光调制电光效应电光效应 是指某些晶体在电场的作用下，具有是指某些晶体在电场的作用下，具有双折射效双折射效应应，其双折射效应的大小与电场强度有关，其双折射效应的大小与电场强度有关电光调制器电光调制器 是指利用晶体的电光效应制成的调制器是指利用晶体的电光效应制成的调制器调制频率调制频率10GHz，理论上可达理论上可达120GHz 3.3.光电子调制光电子调制第77页，共140页，编辑于2022年，星期一光强度调制光强度调制基本思路：基本思路：电光调制器电光调制器 输入光输入光（恒定强度）（恒定强度）输出光输出光（交变强度）（交变强度）变化的电场（变化的电场（10GHz）1 1）电光调制电光调制第78页，共140页，编辑于2022年，星期一起起偏偏器器 输入光输入光 输出光输出光检检偏偏器器P1P2P1P2A线偏振光振幅线偏振光振幅 为零为零起偏器和检偏器起偏器和检偏器相互正交相互正交，无输出光无输出光 1 1）电光调制电光调制第79页，共140页，编辑于2022年，星期一o光和光和e光之间产生光之间产生附加相位差附加相位差，有输出光，有输出光起起偏偏器器 输出光输出光检检偏偏器器P1P2P1P2AA0Ae不为零不为零1 1）电光调制电光调制第80页，共140页，编辑于2022年，星期一附加相位差附加相位差1 1）电光调制电光调制第81页，共140页，编辑于2022年，星期一可以证明：可以证明：输出光强输出光强与与输入光强输入光强之比之比（透过率）（透过率）输出光强度调制输出光强度调制1 1）电光调制电光调制第82页，共140页，编辑于2022年，星期一输出光强度调制输出光强度调制1 1）电光调制电光调制第83页，共140页，编辑于2022年，星期一透射透射光强光强受到受到了信号电压的了信号电压的调制调制 ！输出光强度调制输出光强度调制1 1）电光调制电光调制第84页，共140页，编辑于2022年，星期一输出光强度调制输出光强度调制思考：思考：波片起到了什波片起到了什么作用？么作用？工作点工作点 1 1）电光调制电光调制第85页，共140页，编辑于2022年，星期一电光调制器电光调制器小结小结原理：原理：附加相位差附加相位差1 1）电光调制电光调制第86页，共140页，编辑于2022年，星期一电光调制器电光调制器小结小结缺点：缺点：透光比（光传输比）小于透光比（光传输比）小于1 1 调制电压高（半波电压几千伏）调制电压高（半波电压几千伏）-半波电压几千伏半波电压几千伏1 1）电光调制电光调制第87页，共140页，编辑于2022年，星期一电光调制器电光调制器小结小结调制频率调制频率10GHz10GHz，理论上可达，理论上可达120GHz 120GHz 可以作成几乎没有惯性的可以作成几乎没有惯性的光阀光阀 优点：优点：缺点：缺点：透光比（光传输比）小于透光比（光传输比）小于1 1 调制电压高（半波电压几千伏）调制电压高（半波电压几千伏）应用举例：应用举例：远距离激光测距远距离激光测距 光强度调制光强度调制1 1）电光调制电光调制第88页，共140页，编辑于2022年，星期一2 2）声光调制声光调制(1)(1)声光效应声光效应 (2)(2)声光效应的两种类型声光效应的两种类型 (3)(3)声光调制器声光调制器 3.3.光电子调制光电子调制第89页，共140页，编辑于2022年，星期一(1)声光效应声光效应 当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）发生疏密交替的发生疏密交替的周期性变化周期性变化声光栅声光栅声光栅声光栅2 2）声光调制声光调制衍射光栅衍射光栅第90页，共140页，编辑于2022年，星期一(1)声光效应声光效应 当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）发当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）发生疏密交替的生疏密交替的周期性变化周期性变化声光栅声光栅行波行波声光栅栅面声光栅栅面在空间在空间移动移动 驻波驻波声光栅固定声光栅固定不移动不移动 2 2）声光调制声光调制第91页，共140页，编辑于2022年，星期一(1)声光效应声光效应 声光栅声光栅衍射光栅衍射光栅当光波通过当光波通过声光栅声光栅时，衍射光的强度、频率、方向等随时，衍射光的强度、频率、方向等随超声场变化超声场变化声光效应。声光效应。2 2）声光调制声光调制第92页，共140页，编辑于2022年，星期一（2 2）声光效应）声光效应喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格衍射：条件：条件：超声波频率较超声波频率较低低，声，声光作用长度光作用长度L较小较小，光束，光束垂直垂直声波传输方向声波传输方向条件：条件：超声波频率较超声波频率较高高、声光作、声光作用长度用长度L较大较大，光束与声波波面间，光束与声波波面间以一定的角度以一定的角度斜入射斜入射 第93页，共140页，编辑于2022年，星期一喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格衍射：特点：特点：平面光栅平面光栅，多级衍射，多级衍射，零级光最强零级光最强，其他级衍射光对，其他级衍射光对称地分布在零级光两侧，光称地分布在零级光两侧，光强依次递减。强依次递减。特点：特点：体光栅体光栅，只出现零级，只出现零级和一级衍射光和一级衍射光;超声场足够超声场足够强，强，入射能量几乎全部转移入射能量几乎全部转移到到1级级（1级）级）（2 2）声光效应）声光效应第94页，共140页，编辑于2022年，星期一布拉格声光衍射布拉格声光衍射光能利用率高，因而大部分调制器光能利用率高，因而大部分调制器均采用行波声场的均采用行波声场的布拉格型声光调制器布拉格型声光调制器！（2 2）声光效应）声光效应喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格衍射：第95页，共140页，编辑于2022年，星期一（3 3）声光调制器）声光调制器衍射光衍射光强度调制强度调制衍射光频率调制衍射光频率调制衍射光方向调制衍射光方向调制应用：应用：2 2）声光调制声光调制第96页，共140页，编辑于2022年，星期一(3)(3)声光调制器声光调制器衍射光衍射光强度调制强度调制布拉格型声光调制器布拉格型声光调制器 1 1级（或级（或1 1级）光输出级）光输出IiI12 2）声光调制声光调制第97页，共140页，编辑于2022年，星期一(3)(3)声光调制器声光调制器衍射光衍射光强度调制强度调制布拉格型声光调制器布拉格型声光调制器 输入图像、声音信号输入图像、声音信号强度调制光信号强度调制光信号2 2）声光调制声光调制第98页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向传播方向，8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 8.3.1 光信号光信号强度强度的调制的调制 8.3.3 光信号光信号频率频率的调制的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 第99页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 1.电光相位调制电光相位调制2.光学干涉仪光学干涉仪可实现相位调制的常见方法可实现相位调制的常见方法第100页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 1.电光相位调制电光相位调制可以实现对可以实现对单束单束相干光波相位的调制相干光波相位的调制 第101页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 2.光学干涉仪光学干涉仪可以实现可以实现两束两束以上相干光波相位差的调制以上相干光波相位差的调制 相位变化：相位变化：=2 nL/0 F为被测参量为被测参量 第102页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 2.光学干涉仪光学干涉仪可以实现可以实现两束两束以上相干光波相位差的调制以上相干光波相位差的调制 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 吉曼干涉仪吉曼干涉仪 马赫泽德干涉仪马赫泽德干涉仪 光学干涉仪光学干涉仪（空气空气光程）光程）光纤式干涉仪光纤式干涉仪（光纤光纤光程）光程）光纤传感器光纤传感器第103页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 工程上常采用的频率调制技术大致三种：工程上常采用的频率调制技术大致三种：运动参量调频运动参量调频固定频移固定频移直接光频调制直接光频调制可调参数：可调参数：光强、振幅、光强、振幅、频率频率、相位、相位、偏振方向、传播方向，偏振方向、传播方向，第104页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 1.运动参量调频运动参量调频1 1）光学多普勒效应和运动差频）光学多普勒效应和运动差频2 2）萨格纳克效应和转动差频）萨格纳克效应和转动差频光频变化与线速度：光频变化与线速度：光频变化与角速度：光频变化与角速度：第105页，共140页，编辑于2022年，星期一1.运动参量调频运动参量调频1 1）光学多普勒效应和运动差频）光学多普勒效应和运动差频运动物体能改变入射于其上的运动物体能改变入射于其上的光波频率光波频率的现象称作的现象称作光学多光学多普勒效应普勒效应。频频 移：移：多普勒效应多普勒效应第106页，共140页，编辑于2022年，星期一1 1）光学多普勒效应和运动差频）光学多普勒效应和运动差频频频 移：移：特殊地，特殊地，rs-r0 频移数量级：频移数量级：例如，例如，0.4880m的氩离子激光，的氩离子激光，8.5o，被测流速，被测流速264m/s，v 77MHz1.运动参量调频运动参量调频第107页，共140页，编辑于2022年，星期一2 2）萨格纳克效应和转动差频）萨格纳克效应和转动差频 当封闭的光路相对于惯性空间有一转动角速度当封闭的光路相对于惯性空间有一转动角速度时，时，顺时针顺时针光路和光路和逆时针逆时针光路之间将形成与转速成正比的光程光路之间将形成与转速成正比的光程差差LL，其数值满足关系，其数值满足关系 闭合光路的闭合光路的正正反向光路光程差随转速改变的现象反向光路光程差随转速改变的现象-萨纳克效应萨纳克效应。1.运动参量调频运动参量调频第108页，共140页，编辑于2022年，星期一2 2）萨格纳克效应和转动差频）萨格纳克效应和转动差频讨论：讨论：用萨格纳克效应用萨格纳克效应 测量测量地球自转速度地球自转速度地球自转=150/小时 =0.6328m 实验不可能！（与足球场比较）不易观察-更难观察更难观察！光程差法：光程差法：L？第109页，共140页，编辑于2022年，星期一2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频L？反射镜组成激光谐振腔反射镜组成激光谐振腔 -环形激光器环形激光器 频率与腔长的关系：频率与腔长的关系：光频差法：光频差法：1.运动参量调频运动参量调频第110页，共140页，编辑于2022年，星期一一、运动参量调频一、运动参量调频2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频反射镜组成激光谐振腔反射镜组成激光谐振腔 -环形激光器环形激光器 例：例：L=400mm =0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自转地球自转150/小时小时 对于频率信号，电子设备对于频率信号，电子设备可以敏感到可以敏感到0.005Hz，可用，可用仪器准确测出。仪器准确测出。第111页，共140页，编辑于2022年，星期一光程差法：光程差法：光频差法：光频差法：L=400mm=0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自转地球自转150/小时小时光学法光学法电学法电学法光电系统中，光电系统中，光电信号变换光电信号变换的重要意义！的重要意义！第112页，共140页，编辑于2022年，星期一2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频环形激光器环形激光器 光学差频检测装置 激光陀螺激光陀螺-测角速度测角速度 -测角度测角度 国产国产激光陀螺激光陀螺测量角速度的测量角速度的精度优于精度优于0.01o/hr 第113页，共140页，编辑于2022年，星期一2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频环形激光器环形激光器 光学差频检测装置 激光陀螺激光陀螺-测角速度测角速度 -测角度测角度 国产国产激光陀螺激光陀螺测量角速度测量角速度的精度优于的精度优于0.01o/hr 第114页，共140页，编辑于2022年，星期一激光陀螺激光陀螺02年珠海航展惯导产品年珠海航展惯导产品俄罗斯改进空地制导武器俄罗斯改进空地制导武器 中国激光陀螺捷联惯导系统中国激光陀螺捷联惯导系统 第115页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 工程上常采用的频率调制技术大致三种：工程上常采用的频率调制技术大致三种：运动参量调频运动参量调频固定频移固定频移直接光频调制直接光频调制可调参数：可调参数：光强、振幅、光强、振幅、频率频率、相位、相位、偏振方向、传播方向，偏振方向、传播方向，第116页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 2.固定频移固定频移利用利用光学光学和和光电子学光电子学等方法可制成频率偏移器件等方法可制成频率偏移器件第117页，共140页，编辑于2022年，星期一塞曼效应：塞曼效应：23MHz 几种方法的频移几种方法的频移对比对比：声光效应：声光效应：100MHz，变换效率，变换效率80 旋转波片：旋转波片：23kHz，变换效率，变换效率90 旋转光栅：旋转光栅：20MHz，变换频率，变换频率20 2.固定频移固定频移第118页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 工程上常采用的频率调制技术大致三种：工程上常采用的频率调制技术大致三种：运动参量调频运动参量调频固定频移固定频移直接光频调制直接光频调制可调参数：可调参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向传播方向，第119页，共140页，编辑于2022年，星期一半导体激光器的半导体激光器的直接频率调制直接频率调制iv1MHz5070GHz电流频率调制系数电流频率调制系数:0.1GHz/mA1GHz/mA可调频范围可调频范围:可以证明：可以证明：LD第120页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、振幅、频率、相位、光强、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向，、传播方向，8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 8.3.1 光信号强度的调制光信号强度的调制 8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 第121页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.4 光信号偏振的调制光信号偏振的调制 典型方法典型方法磁光调制磁光调制 磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的振动方磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的振动方向发生发生旋转向发生发生旋转法拉第磁光效应法拉第磁光效应。光隔离器光隔离器 第122页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.4 光信号偏振的调制光信号偏振的调制 第123页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.4 光信号偏振的调制光信号偏振的调制 典型方法典型方法磁光调制磁光调制 磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的振磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的振动方向发生发生旋转动方向发生发生旋转法拉第磁光效应法拉第磁光效应。磁光调制器磁光调制器第124页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、振幅、频率、相位、光强、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方向，、传播方向，8.3.2 光信号光信号相位相位的调制的调制 8.3.1 光信号光信号强度强度的调制的调制 8.3.3 光信号光信号频率频率的调制的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 第125页，共140页，编辑于2022年，星期一第第8 8章章 光学信号的调制光学信号的调制8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.3 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.4 8.4 调制信号的解调调制信号的解调8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述第126页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 调制信号的解调调制信号的解调实例：实例：光纤通信系统光纤通信系统 加载信息加载信息调制调制 提取信息提取信息解调解调 第127页，共140页，编辑于2022年，星期一8.3 调制信号的解调调制信号的解调光学法光学法电学法电学法 相干光干涉场解调相干光干涉场解调 光电探测器解调光电探测器解调常用解调方法：常用解调方法：峰值检波电路峰值检波电路 相敏检波电路相敏检波电路将被测信息从已调信号中分离出来的过程称为将被测信息从已调信号中分离出来的过程称为解调解调第128页，共140页，编辑于2022年，星期一1直线律检波与调幅信号的解调直线律检波与调幅信号的解调调幅信号二极管检波电路调幅信号二极管检波电路 -适合调幅信号解调适合调幅信号解调 8.3 调制信号的解调调制信号的解调第129页，共140页，编辑于2022年，星期一2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调 (相当重要!)适合于调相信号解调适合于调相信号解调 基本结构基本结构 Ui调相信号调相信号 Uc-参考信号参考信号Ui，Uc 具有相同的频率具有相同的频率 8.3 调制信号的解调调制信号的解调第130页，共140页，编辑于2022年，星期一Ui,Uc 具有相同的频率具有相同的频率2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调第131页，共140页，编辑于2022年，星期一模拟模拟乘法器乘法器功能电路模块功能电路模块2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调第132页，共140页，编辑于2022年，星期一 理论推导理论推导滤波输出：滤波输出：2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调第133页，共140页，编辑于2022年，星期一 物理意义物理意义幅度信息幅度信息例如，例如，目标方位目标方位信息信息 CD相位信息相位信息2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调第134页，共140页，编辑于2022年，星期一2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调讨论：讨论：1.1.同相、反相同相、反相2.2.二倍频、三倍频二倍频、三倍频调制信号调制信号 与参考信号与参考信号同频同频第135页，共140页，编辑于2022年，星期一2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调只有与参考信号只有与参考信号同频同频的调制信号，才能在的调制信号，才能在相敏检波器的输出端产生输出。相敏检波器的输出端产生输出。第136页，共140页，编辑于2022年，星期一思考：思考：调制信号调制信号Ui为任一周期性波形，为任一周期性波形，基波频率基波频率和参考和参考信号信号Uc频率频率相同相同相敏检波器的输出？相敏检波器的输出？UiUctt2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调第137页，共140页，编辑于2022年，星期一思考：思考：调制信号调制信号Ui为任一周期性波形，为任一周期性波形，基波频率基波频率和参考和参考信号信号Uc频率频率相同相同Uit2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调只有与参考信号只有与参考信号同频同频的调制信号