光波的调制.pptx

参考书目光电子学导论 A 雅里夫 科学出版社光纤通讯原理G.凯泽（美）人民邮电出版社光纤通讯用光电子器件和组件 黄章勇 北京 邮电大学出版社信息传递的方式 通讯光缆信息 大气传输l语音通讯（电话.干线到户）l数据通讯（internet）l视频(有线电视.点播)用光波传递信息的特点用光波传递信息的特点（带宽、保密、抗干扰）（带宽、保密、抗干扰）光波的特征参量光波的特征参量 调制方法调制方法（AMAM、IMIM、PMPM、FMFM、PLMPLM）调制手段调制手段（电光、声光、（电光、声光、磁光、弹光）磁光、弹光）逆向应用逆向应用第四章 光波的调制 光波的调制光波的调制1.1.光源调制光源调制2.2.光波调制光波调制 光波的特征参量光波的特征参量 调制方法调制方法 调制手段调制手段调制方法的特性分析之振幅调制（前提：不考虑偏振）（前提：不考虑偏振）调制前：调制前：调制后：调制后：光强：光强：特点：特点：1 1、线性、线性 2 2、谐波成分、谐波成分调制方法的特性分析之强度调制调制前：调制后：特点：1、线性 2、易于实现振幅（强度）调制的干扰问题原因（光源波动、信道干扰）抗干扰措施：1.参考通道2.二次调制技术调制方法的特性分析之频率及相位调制调制前：频率调制：相位调制：特点：向强度转化；抗干扰能力；灵敏度；动态范围；成本 电光调制的物理基础 电光效应（一次、二次）电光效应（一次、二次）方向的概念（传播方向、偏振方向）方向的概念（传播方向、偏振方向）对光波的调制：通过电压（电场），改变对光波的调制：通过电压（电场），改变某一偏振方向上的折射率。某一偏振方向上的折射率。折射率椭球及双折射折射率椭球表述 双折射外场对折射率椭球的影响 外电场的影响比较标准表达式：结论：主轴及折射率椭球的变化光路图光路图穿过晶体后光程差变化穿过晶体后光程差变化相位差也随之变化。相位差也随之变化。结论结论对偏振态的调制（输入为对偏振态的调制（输入为X X方向偏振）方向偏振）应用举例应用举例半波电压的概念半波电压的概念电光调制的应用之一电光延迟 光路图光路图光路图光路图 三个关键面三个关键面起偏器、电光晶体、检偏器起偏器、电光晶体、检偏器 输出光强输出光强 (参见图参见图4-4)4-4)线性问题及其纠正线性问题及其纠正:插入波片插入波片!小信号调制结果小信号调制结果 线性改善光路图及调制曲线线性改善光路图及调制曲线电光调制的应用二强度调制强度调制曲线及光路图横向电光调制 问题的提出：电极、效果级联问题的提出：电极、效果级联 光路图（光路图（4-74-7）。电极仍然沿）。电极仍然沿Z Z向施加，光波沿向施加，光波沿Y Y传播传播 对相位差的影响对相位差的影响 相位偏置项的特点相位偏置项的特点 提高调制效果的途径提高调制效果的途径高频电光调制之调制效率问题 高频调制的必要性高频调制的必要性 影响高频调制的因素影响高频调制的因素 调制效率下降的原因及其补偿办法调制效率下降的原因及其补偿办法高频电光调制之渡越时间问题 问题存在的条件问题存在的条件调制信号变化的周期与光束穿过调制信号变化的周期与光束穿过晶体的时间可以比拟的时候。晶体的时间可以比拟的时候。分析的入手点：用积分的方法将每一时刻的贡献考虑分析的入手点：用积分的方法将每一时刻的贡献考虑进去。进去。结果：结果：ncncmm=c=c 物理意义及实际解决方案物理意义及实际解决方案 电场变化电场变化 入射光波入射光波 出射光波出射光波电光偏转 电光偏转的意义：显示、存储、摄影电光偏转的意义：显示、存储、摄影.光束传播的方向的定义光束传播的方向的定义等相面的概念等相面的概念 实现的方法：构造一个折射率渐变的材料。实现的方法：构造一个折射率渐变的材料。结果：结果：对于体调制器，这种偏转的能力很弱。一个半波电压对于体调制器，这种偏转的能力很弱。一个半波电压大约可以偏转一个光斑直径的距离。大约可以偏转一个光斑直径的距离。电光开关电光开关 方案一：电光调制器方案一：电光调制器+双折射晶体双折射晶体 特点：可以级联；二进制。特点：可以级联；二进制。方案二：集成光学开关（全内反射原理）方案二：集成光学开关（全内反射原理）特点：体积小，控制电压低，串话小，开关速度高。特点：体积小，控制电压低，串话小，开关速度高。声光调制的物理基础声光调制的物理基础序言一、镜面模型二、粒子模型三、耦合波模型四、强度调制与偏转声光调制的物理基础序言功能：强度、方向、频率成熟程度影响光波的途径：声波改变材料的密度，影响折射率的分布，形成一种体“光栅”声栅声光调制的物理基础镜面模型（1）同一镜面上任意两点的贡献应同相同一镜面上任意两点的贡献应同相(插入图插入图4-16)4-16)声光调制的物理基础镜面模型（2）相邻两镜面的反射光的相位应该相同（图相邻两镜面的反射光的相位应该相同（图4-174-17）布拉格衍射公式布拉格衍射公式声光调制的物理基础粒子模型 能量守恒能量守恒决定了衍射光的频率决定了衍射光的频率 动量守恒动量守恒决定了衍射波的方向决定了衍射波的方向 的选择：对应两种碰撞过程。也可以用多卜勒效应的选择：对应两种碰撞过程。也可以用多卜勒效应来解释。来解释。声光调制的物理基础耦合波模型 电场对电极化矢量的影响：电场对电极化矢量的影响：折射率变化对电极化矢量的影响：折射率变化对电极化矢量的影响：由麦氏方程，有：由麦氏方程，有：上式对入射波和衍射波均成立，故可写成两个标量方上式对入射波和衍射波均成立，故可写成两个标量方程：程：声光调制的物理基础声光调制的物理基础耦合波模型（续）耦合波模型（续）设该波动方程有如下形式的解：设该波动方程有如下形式的解：将解带入标量方程，再注意到能量守恒和动量守恒，可得到耦将解带入标量方程，再注意到能量守恒和动量守恒，可得到耦合波方程：合波方程：声光调制的物理基础声光调制的物理基础耦合波模型（续）耦合波模型（续）波动方程的解为：波动方程的解为：特点讨论：特点讨论：1 1）、对任意的）、对任意的r ri i,r,rd d,光场的总能量是守恒的光场的总能量是守恒的 2 2）、当）、当 时，入射波将全部转化成衍射波，时，入射波将全部转化成衍射波，这就是布拉格衍射最大的优点。正是这一优点使得布这就是布拉格衍射最大的优点。正是这一优点使得布拉格声光调制器件得到大量的应用。拉格声光调制器件得到大量的应用。声光调制 衍射效率的定义为：衍射效率的定义为：衍射光强为：衍射光强为：考虑到声光材料的具体参数，考虑到声光材料的具体参数，可表示为：可表示为：最终决定衍射光强的是声波的强度最终决定衍射光强的是声波的强度I Is s声光偏转 布拉格衍射的前提是动量守恒（布拉格衍射的前提是动量守恒（4-194-19）声波频率（波矢）的改变将引起动量三角形的失配，声波频率（波矢）的改变将引起动量三角形的失配，结果是衍射光波的大小几乎不变，但其方向将向动量结果是衍射光波的大小几乎不变，但其方向将向动量失配最小的方向偏转。偏转角为：失配最小的方向偏转。偏转角为：讨论：偏转角能否任意加大？讨论：偏转角能否任意加大？磁光调制 法拉第效应法拉第效应 磁光材料与一般旋光性物质的区别磁光材料与一般旋光性物质的区别 应用一（光盘的读出）（应用一（光盘的读出）（4-214-21）应用二应用二 OCTOCT（光电流互感器）（光电流互感器）