光电子第三章

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1、光束的调制和扫描光束的调制和扫描第第3章章 3.1 光束调制原理光束调制原理 3.2 电光调制电光调制 3.3 声光调制声光调制 3.4 磁光调制磁光调制 3.5 直接调制直接调制 3.6 光束扫描技术光束扫描技术 3.7 空间光调制器空间光调制器 由激光由激光“携带携带”的信息的信息(包括语言、文字、图像、符号等包括语言、文字、图像、符号等)通通过一定的传输通道过一定的传输通道(大气、光纤等大气、光纤等)送到接收器，再由光接收器送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。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为这种将信息加载于激光的过程称为调制调制。 完成这一过程的装置称为

2、调制器完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。其中激光）。其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制信号。称为载波；起控制作用的低频信息称为调制信号。 3.1 光束调制原理光束调制原理 激光是一种频率更很的电磁波，它具有很好相干性，因而激光是一种频率更很的电磁波，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。的载波。解调解调（demodulate)：调制的反过程，把调制信号还原成原：调制的反过程，把调制信号还原成原来的信息。来的信息。外调制：外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放

3、置调制是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。时，就会使光波的某参量受到调制。外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量级），调外调制方便，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。制带宽要宽得多，故倍受重视。内调制：内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。

4、性以实现调制。根据调制器和激光器的相对关系，可以分为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内调制和外调制)cos()(cccctAtE振幅cA角频率c相位角c激光光波的电场强度是：激光光波的电场强度是： 激光调制按其调制的性质可以分为激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及调幅、调频、调相及调强等调强等。 Am 和和 m 分别是调制信号的振幅和角频率分别是调制信号的振幅和角频率.振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡，简称荡，简称调幅调幅。) 11 . 3()cos()(cccctAtE)21 . 3(cos

5、)(tAtamm设激光载波的电场强度如：设激光载波的电场强度如：如果调制信号是一个时间的余弦函数，即：如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： 3.1.1 振幅调制振幅调制 当进行激光振幅调制时，当进行激光振幅调制时，(3.1-1)式中的激光振幅式中的激光振幅 Ac 不再是不再是常量，而是与调制信号成正比。常量，而是与调制信号成正比。其调幅波的表达式为：其调幅波的表达式为： 利用三角公式：利用三角公式： 得：得： cmccacmccaccctAmtAmtAtE)(cos2)(cos2)cos()()cos(cos1)(ccmacttmAtE(3.1-3)cos()cos(21coscos(3.1

6、-4)称为调幅系数。称为调幅系数。cmaaAAkm 3.1.1 振幅调制振幅调制m2调调幅幅波波频频谱谱2caAmmccmc2caAmcA调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。第一项是第一项是载频分量载频分量；第二、三项是因调制而产生的新分量，称为第二、三项是因调制而产生的新分量，称为边频分量边频分量 。cmccacmccaccctAmtAmtAtE)(cos2)(cos2)cos()(3.1.1 振幅调制振幅调制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

7、相角而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角 (t) 的变化，的变化，因此统称为因此统称为角度调制角度调制。 )5 . 1 . 3()()()(takttfccc 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：不再是常数，而是随调制信号而变化，即： )cos()(cccctAtE对于调频而言对于调频而言3.1.2 频率调制和相位调制频率调制和相位调制调频和调相调频和调相若调制信号是余弦函数，则调频波总相角为：若调制信号是余弦函数，则调频波总相角为： ) 6 . 1 . 3(sin)cos()()()()(cmfcctmmfcctfcctfccttmtdtAktdtaktdtakdtt其中其中 称为

8、调频系数，称为调频系数，kf 称为比例系数。称为比例系数。mmffAkm则调制波的表达式为：则调制波的表达式为： )7 .1 .3()sincos()(cmfcctmtAtE3.1.2 频率调制和相位调制频率调制和相位调制调频和调相调频和调相式中，式中， 称为调相系数。称为调相系数。mAkmtAkttakttmmcccccos)()(3.1.8)则调相波的表达式为：则调相波的表达式为： )coscos()(cmcctmtAtE(3.1.9)cos()(cccctAtE对于调相而言，对于调相而言，不再是常数，而是随调制信号而变化，即：不再是常数，而是随调制信号而变化，即： c3.1.2 频率调制

9、和相位调制频率调制和相位调制调频和调相调频和调相由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此可写成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统一的形式 利用利用sinsincoscos)cos(cmcctmtAtEsincos)(（3.1.10）)sinsin(sin()sincos(cos()()tmttmtAtEmccmccc(3.1.11)三角公式展开三角公式展开(3.1.10)式，得：式，得：3.1.2 频率调制和相位调制频率调制和相位调制调频和调相调频和调相将式中将式中)sinsin()sincos(tmtmmm和1)2cos()(2)()sincos(20ntnm

10、JmJtmmnm112) 12(sin)(2)sinsin(nmnmtnmJtm知道了调制系数知道了调制系数m，就可从贝塞尔函数表查得各阶贝塞尔，就可从贝塞尔函数表查得各阶贝塞尔函数的值。函数的值。两项按贝塞尔函数展开：两项按贝塞尔函数展开：3.1.2 频率调制和相位调制频率调制和相位调制调频和调相调频和调相将以上两式代入将以上两式代入(3.1.11) 式利用三角函数关系式：式利用三角函数关系式： )cos()cos(21sinsincmcncmcncccccmccmccmccmcccctnntnmJAtmJAtmJtmJtmJtmJtmJAtE)(1cos) 1()cos()()cos()(

11、)2(cos)()2(cos)()(cos)()(cos)()cos()()(022110)cos()cos(21coscos(3.1.12)可得：可得：3.1.2 频率调制和相位调制频率调制和相位调制调频和调相调频和调相 可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由可见，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频之间的频率间隔是 , 各边频幅度的大小各边频幅度的大小 由贝塞尔由贝塞尔函数决定。函数决定。 m)(mJncmcncmcncccctnntnmJAtmJAt