激光调制00.pptx

第一章激光调制与偏转技术§1.1调制的基本概念激光是一种频率很高的电磁波，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。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，解调：调制的反过程，即把调制信号还原成原来的信息。激光光波的电场强度是：式中，，。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。1)内调制：在激光形成过程中，以调制信号的规律去改变激光振荡的某一参数。即用调制信号控制着激光的形成。2)外调制：把调制器放在激光器的外面，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。例如，注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制(也称直接调制)。还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器输出特性，以后介绍的调Q技术实际上就是属于这种调制。优点：调制效率高。缺点：a.由于调制器放在腔内，等于增加腔内的损耗,降低了输出功率。b.调制器带宽受到谐振腔通带的限制优点：a.因为调制器和激光形成无关,不影响激光器的输出功率。b.调制器的带宽不受谐振腔通带的限制，缺点：调制效率低。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、调相及强度调制等。其中Am和ωm分别是调制信号的振幅和角频率，当进行激光振幅调制之后，(1.1-1)式中的激光振幅Ac不再是常量，而是与调制信号成正比。其调幅波的表达式为：(1.1-3)§1.1.2频率调制和相位调制━━简称调频和调相调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角(t)的变化，因此统称为角度调制。若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：同样，相位调制就是(1.1-1)式中的相位角不再是常数，而是随调制信号的变化规律而变化，调相波的总相角为：下面再分析一下调频和调相波的频谱。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（1.1-10）将式中两项按贝塞尔函数展开：将以上两式代入(1.1-11)式利用三角函数关系式：和(1.1-3`)式可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布的无穷多对边频所组成的。各边频之间的频率间隔是,各边频幅度的大小由贝塞尔函数决定。强度调制是光载波的强度(光强)随调制信号规律而变化的激光振荡。激光调制通常多采用强度调制形式，这是因为接收器(探测器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化的缘故。激光的光强度定义为光波电场的平方，其表达式为(光波电场强度有效值的平方):于是，强度调制的光强表达式可写为:(1.1-14)式中，为比例系数。设调制信号是单频余弦波,将其代入上式,并令(称为强度调制系数)，则(1.1-15)光强调制波的频谱可用前面所述类似的方法求得，但其结果与调幅波的频谱略有不同，其频谱分布除了载频及对称分布的两边频之外，还有低频和直流分量。设，则光强调制系数为调制后的光强为：§1.1-4脉冲调制脉冲调制是用一种间歇的周期性脉冲序列作为载波，这种载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。即先用模拟调制信号对一电脉冲序列的某参量(幅度、宽度、频率、位置等)进行电调制，使之按调制信号规律变化,如图1.1-4所示,成为已调脉冲序列,然后再用这已调电脉冲序列对光载波进行强度调制,就可以得到相应变化的光脉冲序列。这种调制是把模拟信号先变换成电脉冲序列,进而变成代表信号信息的二进制编码(PCM数字信号),再对光载波进行强度调制来传递信息的。要实现脉冲编码调制,必须经过三个过程：抽样、量化和编码。电光调制的物理基础是电光效应，即如果在晶体中沿某一方向加一定电压(晶体在外加电场的作用下)，则晶体的折射率要发生相应的改变，因而晶体的双折射特性也要改变(当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变)—电光效应。式中，γ和h为常量，n0为未加电场时的折射率。在(1.2-2)式中，γE是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯(Pockels)效应；由二次项hE2引起的折射率变化，称为二次电光效应或克尔（Kerr）效应。对于大多数电光晶体材料，一次效应要比二次效应显著，可略去二次项，故在本章只讨论线性电光效应。对电光效应的分析和描述有两种方法：一种是电磁理论方法，但数学推导相当繁复；另一种是用几何图形───折射率椭球体(又称光率体)的方法，这种方法直观、方便，故通常都采用这种方法。式中，x，y，z为介质的主轴方向，也就是