5.1 5.1 调制的基本概念调制的基本概念一、概念一、概念调制调制是将信息加载到激光的过程是将信息加载到激光的过程. .激光调制激光调制就是把激光作为载波携带低频信号。就是把激光作为载波携带低频信号。载波载波是上述过程中的激光是上述过程中的激光. .调制信号调制信号是所要传递的信息是所要传递的信息. .二、分类二、分类1.1.按调制器与激光器的关系分按调制器与激光器的关系分内调制内调制外调制外调制2.2.按调制器的工作机理分按调制器的工作机理分直接改变泵浦电源的驱动电流直接改变泵浦电源的驱动电流在腔内放调制元件在腔内放调制元件电光调制电光调制声光调制声光调制磁光调制磁光调制直接调制直接调制( (电源调制电源调制) )内调制内调制外调制外调制3.3.按调制的对象分按调制的对象分调幅、调频、调相和强度调制调幅、调频、调相和强度调制三、振幅调制三、振幅调制例例单频信号的调制单频信号的调制若若调制信号是正弦信号制信号是正弦信号 光波场强光波场强 调幅调幅: :使载波的振幅随着信号的变化规律而变化使载波的振幅随着信号的变化规律而变化. .激光幅度调制的表达式为激光幅度调制的表达式为式中式中: : 叫做调幅系数叫做调幅系数. .四、频率调制和相位调制四、频率调制和相位调制调频调频: :使载波的频率随着信号的变化规律而变化使载波的频率随着信号的变化规律而变化. .调相调相: :使载波的相位随着信号的变化规律而变化使载波的相位随着信号的变化规律而变化. .角度角度调制调制1.1.频率调制频率调制光波光波 中的中的c c随调制信号而变化。随调制信号而变化。A Ac c设调制信号是余弦函数，制信号是余弦函数，则调频波的波的总相角相角 调频波表达式为调频波表达式为式中式中: :k kf f叫做比例系数，叫做比例系数， 叫做调频系数叫做调频系数. .2.2.相位调制相位调制光波光波 中的中的c c随调制信号而变化。随调制信号而变化。总相角相角 调相波表达式为调相波表达式为式中式中: :叫做调相系数叫做调相系数. . .调频和调相的频谱调频和调相的频谱展开查表得（略），其频谱由光载频与在它两边对称展开查表得（略），其频谱由光载频与在它两边对称分布的无穷多对边频组成。分布的无穷多对边频组成。0.770.770.440.440.110.110.020.02五、强度调制五、强度调制强度调制强度调制: :使载波的强度随着信号的变化规律而变化使载波的强度随着信号的变化规律而变化. .所以，激光所以，激光强强度度调制的表达式制的表达式为 设调制信号是制信号是单频余弦波余弦波则光光强强调制波制波式中式中: :叫做强度调制系数叫做强度调制系数. .六、脉冲调制六、脉冲调制 脉冲调制是脉冲调制是用一种间歇的用一种间歇的周期性脉冲序周期性脉冲序列作为载波列作为载波, ,载波的某一参载波的某一参量按调制信号量按调制信号规律变化的调规律变化的调制方法制方法调制信号调制信号脉冲幅度调制脉冲幅度调制脉冲宽度调制脉冲宽度调制脉冲频率调制脉冲频率调制脉冲位置调制脉冲位置调制七、脉冲编码调制七、脉冲编码调制5.2 5.2 电光调制电光调制电光效应电光效应电光效应电光效应电光调制的物理基础电光调制的物理基础电光调制的物理基础电光调制的物理基础一、电光调制的物理基础一、电光调制的物理基础折射率是外加电场折射率是外加电场E E的函数的函数二次电光效应二次电光效应二次电光效应二次电光效应线性电光效应线性电光效应线性电光效应线性电光效应1.1.电致折射率变化电致折射率变化 这种调制是把模拟信号先变换成电脉冲序列这种调制是把模拟信号先变换成电脉冲序列, ,再变成代表信号信息的二进制编码最后对光载波再变成代表信号信息的二进制编码最后对光载波进行强度调制来传递信息进行强度调制来传递信息. .抽样抽样量化量化编码编码晶体未加电场时晶体未加电场时式中式中:n:n1 1、n n2 2、n n3 3叫做主折射率，分别为折射率椭球叫做主折射率，分别为折射率椭球在在x x、y y、z z方向的折射率方向的折射率. .晶体施加电场后晶体施加电场后例如：例如：KDPKDP晶体晶体沿沿z z轴加电场后的新椭球方程轴加电场后的新椭球方程电致折射率变化电致折射率变化KDPKDP单轴晶体单轴晶体KDPKDP双轴晶体双轴晶体2.2.电光相位延迟电光相位延迟它是由电光效应造成的双折射引起的。它是由电光效应造成的双折射引起的。半波电压半波电压：当：当 、 的光程差为半个波长时的光程差为半个波长时 所需加的电压。所需加的电压。 3. 3. 光偏振态的变化光偏振态的变化（1 1）晶体上未加电场时，）晶体上未加电场时，相当于全波片相当于全波片, ,出射与入射方向一致的偏振光出射与入射方向一致的偏振光（2 2）晶体上加）晶体上加V V/4/4时，时，相当于相当于/4/4波片波片, ,出射光为椭圆偏光出射光为椭圆偏光( (或或) )圆偏光圆偏光（3 3）晶体上加）晶体上加V V/2/2时，时，相当于半波片相当于半波片, , 出射与入射方向有一夹角的偏振光出射与入射方向有一夹角的偏振光二、电光强度调制二、电光强度调制1.1.纵向电光调制纵向电光调制如图如图, ,电光调制装置由两块交叉偏振片及其间放置的电光调制装置由两块交叉偏振片及其间放置的一块单轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别一块单轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别与与x x、y y轴平行。轴平行。 设某时刻加在电光晶体上的电压为设某时刻加在电光晶体上的电压为V，入射到晶体入射到晶体的在的在x方向上的线偏振激光电矢量振幅为方向上的线偏振激光电矢量振幅为E，则：则： 通过晶体后沿快轴通过晶体后沿快轴 和慢轴和慢轴 的电矢量振幅都变的电矢量振幅都变 为为 沿沿 和和 方向振动的二线偏振光之间的位相差方向振动的二线偏振光之间的位相差 通过通振动方向与通过通振动方向与 y y 轴平行的偏振片检偏后产轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅分别为生的光振幅分别为 ， ，则有，则有 ，其，其相互之间的位相差为相互之间的位相差为 。则有：。则有： 3.如如图为电光调制的特性曲线。图为电光调制的特性曲线。为使工作点选在曲线中点处，为使工作点选在曲线中点处，通常在调制晶体上外加直流偏通常在调制晶体上外加直流偏压压 来完成。也可在调制器的来完成。也可在调制器的光路上插入一个光路上插入一个/4/4波片波片, ,且让且让其快慢轴与其快慢轴与x x轴成轴成4545角角. .50%50%透过率透过率: :若想获得线性调制若想获得线性调制, ,就要求就要求线性调线性调制判据制判据2.2.横向电光调制横向电光调制( (请自学请自学) )三、电光相位调制三、电光相位调制相位调制装置示意图如图如图, ,偏振方向平行于晶体的偏振方向平行于晶体的y y轴轴, ,外电外电场只改变出射光相位场只改变出射光相位, ,不改变其偏振态不改变其偏振态. .设调制电压为正弦信号设调制电压为正弦信号, ,加电场后，振动方向与晶体的轴相平行的光通过加电场后，振动方向与晶体的轴相平行的光通过长度为长度为 的晶体，其位相增加为的晶体，其位相增加为 式中，式中， 为相位调制度为相位调制度 若晶体上所加的是正弦调制电场若晶体上所加的是正弦调制电场 ，光在晶体的输入面光在晶体的输入面(z=0)(z=0)处的场矢量大小是处的场矢量大小是 , ,则在晶体输出面则在晶体输出面(z=(z=L) )处的场矢量处的场矢量大小可写成大小可写成 四、电光调制的电学性能四、电光调制的电学性能集总参量调制器集总参量调制器: :1.1.外电路对调制带宽的限制外电路对调制带宽的限制低频调制时低频调制时, ,信号电压可以有效地加到晶体上信号电压可以有效地加到晶体上; ;调制频率升高时调制频率升高时, ,调制效率下降调制效率下降, ,甚至不能工作甚至不能工作, ,需要并联一电感、一电阻需要并联一电感、一电阻, ,但这种方法的最大允但这种方法的最大允许调制带宽必须小于许调制带宽必须小于2.2.高频调制时渡越时间的影响高频调制时渡越时间的影响 光波在晶体中的渡越时间必须小于调制信号光波在晶体中的渡越时间必须小于调制信号的周期的周期, ,才能使调制效果不受影响才能使调制效果不受影响. .调制晶体调制晶体电容电容五、设计电光调制器应考虑的问题五、设计电光调制器应考虑的问题l高质量电光调制器要求高质量电光调制器要求l调制器参数选择调制器参数选择3.3.行波调制器行波调制器为了能工作在更高的调制频率并克服渡越为了能工作在更高的调制频率并克服渡越时间的影响时间的影响, ,常采用行波调制器常采用行波调制器. .作作 业业