第3讲调制及电光调制[1]

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1、3.1 3.1 调制的基本概念调制的基本概念第三章第三章 激光调制技术激光调制技术3.1.1 3.1.1 振幅调制振幅调制3.1.2 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3.1.3 3.1.3 强度调制强度调制3.1.4 3.1.4 脉冲调制脉冲调制3.1.5 3.1.5 脉冲编码调制（一般了解）脉冲编码调制（一般了解）3.2 3.2 电光调制电光调制3.2.1 3.2.1 电光调制的物理基础电光调制的物理基础3.2.2 3.2.2 电光强度调制电光强度调制3.2.3 3.2.3 电光相位调制电光相位调制3.2.4 3.2.4 电光调制器的电学性能电光调制器的电

2、学性能3.2.5 3.2.5 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 激光是一种频率更高（激光是一种频率更高（10131015Hz)的电磁波，它具有很的电磁波，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。来作为传递信息的载波。3.1 调制的基本概念调制的基本概念 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)通过一定的传输通道通过一定的传输通道(大气、光纤等大气、光纤等)送到接收器，再由光接收送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息

3、。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这种将信息加载于激光的过程称之为调制调制完成这一过程的装置称为完成这一过程的装置称为调制器调制器。其中激光称为。其中激光称为载载波波；起控制作用的低频信；起控制作用的低频信息称为息称为调制信号调制信号。)(txt解调：解调：调制的反过程，即调制的反过程，即把调制信号还原成原来的把调制信号还原成原来的信息。信息。激光光波的电场强度是：激光光波的电场强度是：)cos()(cccctAtecA振幅角频率c相位角c其中其中因激光具有因激光具有振幅、频率、相位、强度等参量振幅、频率、相位、强度等参量，如使其中某一参，如使其中某一参量按调制信号的

4、规律变化，则激光受到信号的调制，达到运载量按调制信号的规律变化，则激光受到信号的调制，达到运载信息的目的。信息的目的。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，可以分为内调制内调制和和外调制外调制。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，即以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性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实现调制。调制的分类：调制的分类：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

5、激光强度受到调制流，使输出的激光强度受到调制(也称直接调制也称直接调制)。还有一种内。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，以后介绍的调输出特性，以后介绍的调Q技术实际上就是属于这种调制。技术实际上就是属于这种调制。外调制外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，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，当激光通过调制器时，就用调制信号改变调制器的

6、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），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。调制带宽要宽得多，故倍受重视。按调制器的工作原理，可分为按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁光调电光调制、声光调制、磁光调制、和直接调制（电源调制）制、和直接调制（电源调制）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、调相及强度调调幅、调频、调相及强度调制等制等。3.1.1振幅调制振幅调制振幅调制振幅调制就是使载波的振幅随着调制信号的规律而变化

7、的振荡，就是使载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡，简称简称调幅调幅。设激光载波的电场强度为：设激光载波的电场强度为：( )cos()cccce tAt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： ( )cosmma tAt其中其中 Am 和和 m m 分别是调制信号的振幅和角频率，当进行激光振幅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，激光振幅调制之后，激光振幅 Ac 不再是常量，而是与调制信号成正比。不再是常量，而是与调制信号成正比。)cos(cos1)(ccmacttmAte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

8、式： )cos()cos(21coscos得：得：cmccacmccaccctAmtAmtAte)(cos2)(cos2)cos()(式中，式中， 称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项是因调制而产生的新分量，称为边频分量是因调制而产生的新分量，称为边频分量 。cmaAAm 调调幅幅波波频频谱谱2caAmmccmcm22caAmcA 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变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

9、调制波都表现为总相角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，因此统称为的变化，因此统称为角度调制角度调制。 ( )( )( )ccfttk a t)cos()(cccctAte中的角频率中的角频率c 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： 对于对于调频调频而言，就是式而言，就是式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仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为： ( )( )( )( )(cos)sinccfccfccfmmccfmctt dtk a

10、 tdttk a t dttkAt dttmt其中其中 称为调频系数，称为调频系数，kf 称为比例系数。称为比例系数。mmmffAkm则调制波的表达式为：则调制波的表达式为： ( )cos(sin)ccfmce tAtmt 同样，同样，相位调制相位调制就是相位角不再是常数，而是随调制信就是相位角不再是常数，而是随调制信号的变化规律而变化，调相波的总相角为：号的变化规律而变化，调相波的总相角为： 式中，式中， 称为调相系数。称为调相系数。mAkmtAkttakttmmcccccos)()()coscos()(cmcctmtAte则调相波的表达式为：则调相波的表达式为： 调频和调相波的频谱调频和调

11、相波的频谱。由于调频和调相实质上最终都是调制总。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相角，因此可写成统一的形式 cmcctmtAtesincos)(利用利用 三角公式展开，得：三角公式展开，得：sinsincoscos)cos()sinsin(sin()sincos(cos()()tmttmtAtemccmccc将式中将式中 两项按贝塞尔函数展开：两项按贝塞尔函数展开：)sinsin()sincos(tmtmmm和02cos(sin)()2()cos(2)1mnmmtJmJmntn112) 12(sin)(2)sinsin(nmnmtnmJtm知道了调制系数知道了调制系