第3章-光束的调制和扫描ppt课件.ppt

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1、第3章 光束的调制和扫光束的调制和扫描描光电子技术基础厚德博学 求实创新我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物学习目标学习目标 通过本章学习，掌握光束调制的原理和方法，掌握 电光调制、声光调制、磁光调制等调制方法的原理、特性等知识。了解光束扫描技术、空间光调制器的原理和方法，为光束的调制和扫描及其器件的设计打下基础。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三章第三章 光束的调制和扫描光束的调制和扫描

2、教学目的教学目的l1、牢固掌握光束调制原理。、牢固掌握光束调制原理。 l2、牢固掌握电光调制、声光调制的原理。、牢固掌握电光调制、声光调制的原理。l3、了解光束扫描技术、空间光调制器。、了解光束扫描技术、空间光调制器。教学重点与难点教学重点与难点l重点：光束调制原理、电光调制、声光调制的原理。重点：光束调制原理、电光调制、声光调制的原理。l难点：电致折射率变化，电光相位延时分析。难点：电致折射率变化，电光相位延时分析。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1 光束调制原理光束调制原理l要用激光

3、作为信息的载体，就必须解决如何将要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题信息加到激光上去的问题 。信息的载体激光如何将信息加到激光上调制（将信息加载到激光的过程）（将信息加载到激光的过程）调制器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l光波的电场为：l式中Ac为振幅，wc为角频率，jc为相位角。 既然光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制，达到“运载”信息的目的。)co

4、s()(ccctAtE我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l实现激光束调制的方法，根据调制器与激光器的关系可以分为： 内调制内调制(直接调制直接调制)和外调制和外调制l内调制内调制：指加载信号是在激光振荡过程中进行的，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。l外调制：外调制：指激光形成之后，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光波的某个参量受到调制调制。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放

5、在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l光束调制按其调制的性质可分为：调幅、调频、调相及强度调制等。1 1、振幅调制、振幅调制l若调制信号是一时间的余弦函数，即：tAtammcos)(调幅波的表达式为：)cos(cos1 )(ccmacttmAtE我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物)cos(2)cos(2)cos()(cmccacmccaccctAmtAmtAtE调幅波的频谱为：载频分量载频分量边频分量边频分量调幅系数其中,cmaAAm 2caAm

6、mccmc2caAmcAm2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2、频率调制和相位调制、频率调制和相位调制 l调频或调相就是光载波的频率或相位频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振荡。 对频率调制来说，就是式中的角频率c随调制信号变化： )()()(takttfcccmmfccmfccmtdwktwdttwkwdttwttwta)sin()cos()()()cos()(调制波的总相角为：其中：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实

7、我的猜测没有错：表里边有一个活的生物)sincos()(cmfcctmtAtE调频系数调频系数mmmffwwwAkm则调制波的表达式为:我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 同样，相位调制就是 相位角c随调制信号的变化规律而变化，则调相波的表达式为 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l )sincos()(cmcctmtAtE)sincos()(cmcctmtAtE调相系数调相系数mAkm我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是

8、我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3、 强度调制 光强 随调制信号规律变化的激光振荡l光束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强。 光束强度定义为光波电场的平方 于是，强度调制的光强可表示为：)(cos)()(222ccctAtEtI)(cos)(1 2)(22ccpcttakAtI光强比例系数我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l仍设调制信号是单频余弦波，则)(coscos1 2)(22ccmpcttmAtI强度调制系数mppAkm 以上几种调

9、制方式所得到的调制波都是一种连续振荡波，统称为模拟调制模拟调制。I(t)t调制信号载波我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4、 脉冲调制 模拟调制：调制波是一种连续振荡波。 脉冲调制 数字式调制 l脉冲调制脉冲调制：用间歇的周期性脉冲序列作为载波，并使载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。不连续状态下进行调制先电调制，再光强度调制光脉冲序列对光载波进行强度调制电脉冲序列调制模拟调制信号光调制电调制 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉

10、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(a) 调制信号(b) 脉冲幅度调制(c) 脉冲宽度调制(d) 脉冲频率调制(e) 脉冲位置调制 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5、 脉冲编码调制 三个过程：（1）抽样抽样：把连续信号波分割成不连续的脉冲波，用一定的脉冲列来表示 。 模拟信号 变成 脉幅调制信号强度调制二进制编码电脉冲序列调制模拟调制信号光调制电调制我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的

11、生物（2）量化量化：分级取“整” 变为数字信号（3）编码编码：把量化后的数字信号变换成相应的 二进制码的过程。 “1” 激光载波的极大值； “0” 激光载波的零值。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.2 电光调制利用电光效应可实现强度调制和相位调制。本节以KDP电光晶体为例讨论。3.2.1. 电光晶体基础 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。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物

12、l（1） 电致折射率的变化 外加电场的方向平行于外加电场的方向平行于 z z 轴轴 将将x x坐标和坐标和y y坐标绕坐标绕z z轴旋转轴旋转45角角ezzooyzooxnnErnnnErnnn6336332121我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l（2）电光相位延迟 纵向电光效应电场方向与光束在晶体中电场方向与光束在晶体中的传播方向一致的传播方向一致Vrno 6332VV我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边

13、有一个活的生物l横向电光效应横向电光效应电场与光束在晶体中电场与光束在晶体中的传播方向垂直。的传播方向垂直。 VdLrnozx)(6330与外加电场无关，是由晶体与外加电场无关，是由晶体本身自然双折射引起的本身自然双折射引起的电光效应电光效应相位延迟相位延迟我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.2.2 电光强度调制和电光相位调制电光强度调制和电光相位调制1. 电光强度调制电光强度调制外加电场使得晶体的折射率发生变化，这便是电光调制的物理基础。加电场通常有两种方式：一是电场沿晶体主轴轴（光轴方向

14、），电场与光束传播方向平行，即产生纵向电光效应；二是电场沿晶体的任一主轴轴，而光束的传播方向与电场方向垂直，即产生横向电光效应。这两种效应均可实现电光强度调制。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物纵向电光调制器及其工作原理纵向电光强度调制起的结构如图所示入射光P1IixyzxyP2Io调制光VL起偏器/4波片检偏器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l进入晶体后被分解为沿x和y方向的两个分量，其

15、振幅和相位都相同，分别为：l入射光强度为 通过长度为L的晶体之后， 和 两个分量之间产生了一相位差 ，则有 ， 。tAEtAEcycxcos)0(cos)0()exp()0()exp()0(tiAEtiAEcycx， 或 222*2)0()0(AEEEEIyxixEyEALEx)(iyAeLE)(我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l那么，通过检偏器后的总电场强度是 和 在y方向的投影之和，即)(LEx)(LEy) 1(2)(ioyeAE 2sin2) 1)(1(2)()(222*AeeAEEI

16、iioyoyoVVIITio2sin2sin22与之相应的输出光强为：调制器的透过率 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物50100透过率(%)0透射光强时间电压调制电压VV/2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l可见，在一般情况下，调制器的输出特性与外加电压的关系是非线性的。 调制光强发生畸变 1、附加一个 的固定偏压 会增加电路的复杂性，而且工作点的稳定性也差 。2、在调制器的光路上插入一/

17、4波片，解决办法2/VxEyE和两个分量之间产生/2的固定相位差 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l于是总相位差为l调制的透过率可表示为ttVVmmmmsin2sin2)sinsin(1 21sin24sin2ttIITmmmmiorad1VVmm线性调制的判据：线性调制的判据： 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l优点： 具有结构简单； 工作稳定； 不存在自然双折射的影响等。 缺点： 半波

18、电压太高，特别在调制频率较高时； 功率损耗比较大。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 横向电光调制横向电光调制在此仅以KDP晶体的第一类运用方式为代表进行分析沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x轴或y轴成45夹角(晶体为4545 - -z z切割切割)。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物V-xzyxL光的偏振方向入射光调制晶体调制光 检偏器（垂直入射偏振光）横向电光调制示意图dezzy

19、zxnnEnnnEnnn63300633002121我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l从晶体出射两光波的相位差为 : 可见，KDP晶体的横向电光效应使光波通过晶体后的相位延迟包括两项： 第一项:是与外电场无关的晶体本身的自然双折射引起的相位延迟 ; 第二项:是外电场作用产生的相位延迟 )(21)(2)(2633VdLrnLnnLnnoeozx我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物下图所示的是一电

20、光相位调制的原理图，它由起偏器和电光晶下图所示的是一电光相位调制的原理图，它由起偏器和电光晶体组成。起偏器的偏振方向平行于晶体的感应主轴体组成。起偏器的偏振方向平行于晶体的感应主轴x(或或y)，此，此时入射晶体的线偏振光不再分解成沿时入射晶体的线偏振光不再分解成沿x、y两个分量，而是沿两个分量，而是沿着着x(或或y)轴一个方向偏振，故外电场不改变出射光的偏振状态，轴一个方向偏振，故外电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位，相位的变化为仅改变其相位，相位的变化为 2 电光相位调制电光相位调制cxxn Lc 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感

21、到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 x xzL调制光电光晶体入射光偏振器载波相位调制波电光相位调制原理图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物这里的这里的 因为光波只沿因为光波只沿x方向偏振，相应的折射率为方向偏振，相应的折射率为 。若若 外加电场是外加电场是 , 在晶体入射面在晶体入射面(z0)处的光场处的光场 ，则输出光场，则输出光场(zL处处)就变为就变为略去式中相角的常数项，因为它对调制效果没有影响，则上式可略去式中相角的常数项，因为它对调制效果没有影响，则上式可写成写成 式

22、中式中 称为相位调制系数。称为相位调制系数。36312xooznnnE3631cos(sin) 2cccoommAtnnEt Lccos(sin)outccmEAtmt363omnE Lm我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一个高质量的电光调制器主要应满足以下几个方面的要求：一个高质量的电光调制器主要应满足以下几个方面的要求：(1). 调制器应有足够宽的调制带宽，以满足高效率无畸变地传输调制器应有足够宽的调制带宽，以满足高效率无畸变地传输 信息。信息。(2).调制器消耗的电功率小。调制器消耗的电

23、功率小。(3).调制特性曲线的线性范围大。调制特性曲线的线性范围大。(4).工作稳定性好。工作稳定性好。设计电光调制器应考虑的问题设计电光调制器应考虑的问题我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3 声光调制l光波在声光晶体中的传播光波在声光晶体中的传播l声波是弹性波，在介质中传播时，会使介质的弹性形声波是弹性波，在介质中传播时，会使介质的弹性形变或者介质的密度发生周期性的疏密变化，从而引起变或者介质的密度发生周期性的疏密变化，从而引起介质中光折射率的相应变化，影响光在介质中的传播介质中光折射率

24、的相应变化，影响光在介质中的传播特性。这种效应使得声光介质形成一位相光栅，光栅特性。这种效应使得声光介质形成一位相光栅，光栅常数为声波波长。出射光发生多级衍射，使得光束在常数为声波波长。出射光发生多级衍射，使得光束在传播方向，频率和强度分布等都发生规律性变化，这传播方向，频率和强度分布等都发生规律性变化，这种现象称为声光效应。种现象称为声光效应。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物弹光效应：由于外力作用而引起弹光效应：由于外力作用而引起光学性质光学性质变化的现象。变化的现象。l 声波作为一种弹

25、性波，在晶体中传播时，会造成声波作为一种弹性波，在晶体中传播时，会造成介质密度的疏密变化，使得介质的折射率分布也随介质密度的疏密变化，使得介质的折射率分布也随之改变。之改变。l 声光效应：由于声波作用而引起光学性质变化的声光效应：由于声波作用而引起光学性质变化的现象，声光效应是弹光效应的一种。现象，声光效应是弹光效应的一种。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 (1)(1)拉曼拉曼- -纳斯衍射纳斯衍射产生拉曼产生拉曼-纳斯衍射的条件：纳斯衍射的条件：当超声波频率较当超声波频率较低，光波平行于声

26、波面入射，声光互作用长低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度度L L较短时较短时，在光波通过介质的时间内，折，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的似看作为相对静止的“平面相位栅平面相位栅”。拉曼拉曼- -纳斯衍射的特点纳斯衍射的特点 ：由出射波阵面上各：由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的入射方向对称分布的多级衍射光多级衍射光。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没

27、有错：表里边有一个活的生物sLxy声波阵面声波光波阵面 拉曼-纳斯衍射图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物各级衍射的方位角为（最大值的位置）各级衍射的方位角为（最大值的位置） ：), 2, 1, 0(sinmmkkmsism各级衍射光的强度为：各级衍射光的强度为： nLLknvvJIimm2)(),(2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3210-1-2-3我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西

28、，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物衍射效率为：衍射效率为：)2(21sin21nLIIisPSnn321。可以实现对光强的调制改变，一级衍射光的强度将有关。改变值，与超声驱动功率场作用下的弹性应变幅为声光晶体在声，是声光晶体的弹光系数ssPPSPisII1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(2)布喇格衍射布喇格衍射产生布喇格衍射条件：产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声声波频率较高，声光作用长度光作用长度L L 较大，光束与声波波

29、面间以较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射一定的角度斜入射，介质具有，介质具有“体光栅体光栅”的性质。的性质。 布喇格衍射的特点：布喇格衍射的特点：衍射光各高级次衍射衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现光将互相抵消，只出现0级和级和+1级（或级（或 1级）衍射光级）衍射光 。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物s入射光i衍射光i+s2非衍射光 图5 布喇格声光衍射声波我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边

30、有一个活的生物衍射效率为：衍射效率为：sisPMHLLII2212sin M M2 2为声光材料的品质因数，为声光材料的品质因数，PsPs超声功率；超声功率；H H为换能器的宽度，为换能器的宽度，L L为换能器的长度。同样为换能器的长度。同样的改变超声功率，也可以达到改变一级衍射的改变超声功率，也可以达到改变一级衍射光的强度。光的强度。 isII1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物声光效应与电光效应声光效应与电光效应对比对比相似之处：相似之处： 晶体在受到外部作用后，才出现光学性质的变晶体在受

31、到外部作用后，才出现光学性质的变化，具体表现为折射率的分布发生改变。化，具体表现为折射率的分布发生改变。区别：区别： 电光效应中，外加电场的加入是起因。电光效应中，外加电场的加入是起因。 声光效应中，造成折射率变化的因素是应变或声光效应中，造成折射率变化的因素是应变或应力。应力。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物声波传播方向声波传播方向入射波入射波透射波透射波衍射波衍射波布拉格方式（透射）布拉格方式（透射）入射波入射波透射波透射波反射波反射波声波传播方向声波传播方向布拉格方式（反射）布拉格方式

32、（反射）声波传播方向声波传播方向入射波入射波0级级1级级1级级2级级2级级拉曼纳斯方式拉曼纳斯方式声波传播方向声波传播方向入射波入射波衍射波衍射波聚焦聚焦布拉格方式（聚焦）布拉格方式（聚焦）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3.2 声光调制的工作原理声光调制的工作原理 声光调制是利用声光调制是利用声光效应声光效应将信息加载于光将信息加载于光频载波上的一种物理过程。频载波上的一种物理过程。 声光调制器的组成：声光调制器的组成： （1）声光介质、（）声光介质、（2）电）电-声换能器、声换能器、

33、 （3）吸声（或反射）装置、（）吸声（或反射）装置、（4）驱动电源。）驱动电源。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l（1）声光介质）声光介质 声光相互作用的区域声光相互作用的区域l（2）电）电-声换能器声换能器 超声发生器超声发生器 压电晶体或压电半导体的反压电效应压电晶体或压电半导体的反压电效应 将电功率转换成声功率将电功率转换成声功率 l（3）吸声（或反射

34、）装置）吸声（或反射）装置 避免返回介质产生的干扰避免返回介质产生的干扰l（4）驱动电源）驱动电源 形成超声波产生机械振动外加电场作用下我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物工作原理：工作原理： 调制信号是以电信号调制信号是以电信号(调辐调辐)形式作用于形式作用于电电-声换能器声换能器上，电上，电-声换能器将相应的电信声换能器将相应的电信号转化为变化的号转化为变化的超声场超声场，当光波通过，当光波通过声光声光介质介质时，由于声光作用，使光载波受到调时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为制而成为“

35、携带携带”信息的强度调制波。信息的强度调制波。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物特性曲线l衍射效率s与超声功率Ps是非线性调制曲线形式，为了使调制波不发生畸变，则需要加超声偏置，使其工作在线性较好的区域。 tPsId(fm)fm(Is)0Ps21图1声光调制特性曲线我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1 1、拉曼、拉曼- -纳斯型声光调制器纳斯型声光调制器 调制器的工作原理如图2(a) 所示，

36、工作声源频率低于 10MHz。只限于低频工作，带宽较小。 入射光 衍射光 调制信号图2 拉曼-纳斯型声光调制器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l若取某一级的衍射光作为输出，可利用光阑将其他各级的衍射光遮挡，则从光阑孔出从光阑孔出射的光束就是一个随相位延迟因子变化的射的光束就是一个随相位延迟因子变化的调制光调制光。l当工作频率较高时，声光作用区长度太小，要求的声功率很高，所以该声光调制器只限只限于低频工作，只具有有限的带宽于低频工作，只具有有限的带宽。l 效率低，光能利用率低。我吓了一跳，蝎子

37、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物衍射光调制信号入射光图3 声光调制器布喇格型2 2、布喇格型声光调制器、布喇格型声光调制器 布喇格型声光调制器工作原理如图3所示。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物tPsId(fm)fm(Is)0图3声光调制特性曲线 布喇格声光调制特性曲线与电光强度调制相布喇格声光调制特性曲线与电光强度调制相似，如图似，如图3所示。所示。 由图可以看出：衍射效率由图可以看出：衍射效率 s与超

38、声功率与超声功率Ps是是非线性调制曲线形式，为了使调制波不发生畸变，非线性调制曲线形式，为了使调制波不发生畸变，则需要加则需要加超声偏置超声偏置，使其工作在线性较好的区域。，使其工作在线性较好的区域。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物sBsIML22222cos2 由此可见，若对声强加以调制，衍射光强由此可见，若对声强加以调制，衍射光强也就受到了调制。也就受到了调制。 布喇格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，布喇格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。故多被采用。 在声功率在声功率P P

39、s s( (或声强或声强I Is s) )较小的情况下较小的情况下，衍，衍射效率射效率 s随声强度随声强度Is单调地增加单调地增加(近似呈线性近似呈线性关系关系)：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 相对于声波波前以相对于声波波前以 B 入射的波导光波穿入射的波导光波穿过输出棱镜时，得到与入射光束成过输出棱镜时，得到与入射光束成2 B 角的角的1级衍射光。其光强为级衍射光。其光强为BVIIIiisin2sin21 ：在电场作用下导波光通过长度为在电场作用下导波光通过长度为L距离的相位延迟距离的

40、相位延迟；B :是一比例系数，它取决于波导的有效折射率是一比例系数，它取决于波导的有效折射率neff等因素。等因素。 上式表明，衍射光强上式表明，衍射光强I I1 1随电压随电压V V的变化而变化，的变化而变化，从而可实现对波导光的调制。从而可实现对波导光的调制。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.4 磁光调制l磁光调制主要是基于磁光效应中的法拉第旋转效应，使得一束在外磁场的作用下的介质中传播的线偏振光发生偏转，其旋转角度与沿光束方向的磁场强度H和光在介质中传播的长度L之积成正比，即l l

41、式中V为韦尔德（Verdet）常数，表示单位磁场强度下通过单位长度的磁光介质后偏振方向旋转的角度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.5 直接调制直接调制 直接调制是把要传递的信息转变为直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管电流信号注入半导体光源（激光二极管LD或半导体发光二极管或半导体发光二极管LED），从而），从而获得调制光信号。获得调制光信号。 由于它是在光源内部进行的，因此由于它是在光源内部进行的，因此又称为又称为内调制内调制。 分类：分类： 模拟调制模拟调

42、制 数字调制数字调制 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一一.半导体激光器（半导体激光器（LD）直接调制的原理）直接调制的原理 LDLD是是电子与光子相互作用电子与光子相互作用并进行能量直接转换的并进行能量直接转换的器件。器件。 图图3-203-20为砷镓铝为砷镓铝双异质结注入式半导双异质结注入式半导体激光器的输出光功体激光器的输出光功率与驱动电流的关系曲线。率与驱动电流的关系曲线。1050 50 100 It 150 200驱动电流(mA)输出功率(mW)图图3-20 半导体激光器的输出特性

43、半导体激光器的输出特性阈值阈值电流电流我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10080604020850 950 1050 波长(m)相对辐射强度(%)高于阈值高于阈值（发射激光）（发射激光）低于阈值低于阈值（基本不发光）（基本不发光）图图3-21 半导体激光器的光谱特性半导体激光器的光谱特性图图3-21所示半导体激光器的光谱特性。所示半导体激光器的光谱特性。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物l

44、由上可知，发射激光的强弱直接与驱动电流的大小有关。l若把调制信号加到激光器电源上，就可直接改若把调制信号加到激光器电源上，就可直接改变激光器输出光信号的强度。变激光器输出光信号的强度。 广泛应用于光纤通信、光盘和光复印等。广泛应用于光纤通信、光盘和光复印等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 图图5 5所示的是半导体激光器调制原理以及输出光功率与所示的是半导体激光器调制原理以及输出光功率与调制信号的关系曲线。为了获得线性调制，使工作点处于输调制信号的关系曲线。为了获得线性调制，使工作点处于输出

45、特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一出特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的适当的偏置电流偏置电流I Ib b，这样就可以使输出的光信号不失真。，这样就可以使输出的光信号不失真。 输出功率直流偏置直流偏置调制信号调制信号输出光强信号输出光强信号ttt(b)CLLD调制信号调制信号直流偏置直流偏置(a)图图3-22 半导体激光器调制半导体激光器调制 (a) 电原理图；电原理图；(b) 调制特性曲线调制特性曲线我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 半导体激光器处于连续

46、调制工作半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。温升，会影响或破坏器件的正常工作。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二、二、半导体发光二极管调制特性半导体发光二极管调制特性 半导体发光二极管由于不是阈值器件，它半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率不像半导体激光器那样会随注入的输出光功率不像半导体激光器那样会随注入电流的变化而发生突变

47、，因此，电流的变化而发生突变，因此，LED的的PI特特性曲线的线性比较好。性曲线的线性比较好。 图图3-23示出了示出了LED与与LD的的PI特性曲线特性曲线的比较。的比较。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物LD2LD1LED1LED2LED3LED4I(mW)Pout(mW)1614121086420 100 200 300 400图3-23 LED与LD 的Pout-I曲线比较我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有

48、错：表里边有一个活的生物三三.半导体光源的模拟调制半导体光源的模拟调制 无论是使用无论是使用 LD或或LED作光源，都要施加偏置电流作光源，都要施加偏置电流Ib，使其工作点处于，使其工作点处于LD或或LED的的PI特性曲线的直线特性曲线的直线段，如图段，如图7所示。其调制线性好坏与调制深度所示。其调制线性好坏与调制深度m有关：有关： L EDUb+EcIc已调光波(a)PoutItIco(b)图图3-24 模拟信号驱动电路激光强度调制模拟信号驱动电路激光强度调制 (a) 驱动电路；驱动电路；(b) LED工作特性工作特性我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里

49、呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物偏置电流调制电流幅度阈值电流偏置电流调制电流幅度mm:LED:LD我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物四四.半导体光源的脉冲编码数字调制半导体光源的脉冲编码数字调制 数字调制是用二进制数字信号数字调制是用二进制数字信号“1”和和“0”码对光源发出的光波进行调制。码对光源发出的光波进行调制。 而数字信号大都采用脉冲编码调制：而数字信号大都采用脉冲编码调制：1 1、先将连续的模拟信号通过、先将连续的模拟信号通过“抽样抽样”变成一组调变成一

50、组调幅的脉冲序列；幅的脉冲序列；2 2、“量化量化”和和“编码编码”过程，形成一组等幅度、过程，形成一组等幅度、等宽度的矩形脉冲作为等宽度的矩形脉冲作为“码元码元”，结果将连续的模，结果将连续的模拟信号变成了脉冲编码数字信号。拟信号变成了脉冲编码数字信号。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3、然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强、然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强度调制，其调制特性曲线如下图所示。度调制，其调制特性曲线如下图所示。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这