第四章 光辐射的调制.ppt

第四章 光信号的调制 光调制的基本概念 电光调制 声光调制 磁光调制 §2.1 光调制的基本概念 调制的目的：对所需处理的信号或被传输的信息作某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测 调制的分类： 1、直接调制（内调制或电源调制）：注入调制电流实现光波强度调制 2、间接调制（外调制）：通过外腔调制器对光的强度、相位或频率进行调制 直接调制光发射机 直接调制：把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（LD或LED），使其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化。 优点：简单、经济、容易实现 用途：传统的PDH（准同步数字系列）和2.5Gbit/s速率以下的SDH（同步数字系列）系统。 光外腔调制发射机框图 外调制示意图 间接调制的优点：调制速率高；调制带宽 更宽；可应用于传输速率≥2.5Gbit/s，传输距离超过300公里以上系统 §2.2 电光调制 一、电光调制的物理基础 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。P37 光波在介质中的传播规律受到介质折射率分布的制约，而折射率是外加电场的函数，即 式中，r,h是常量，no是未加电场时的折射率，是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或普科尔效应；由二次项引起的折射率变化称为二次电光效应或克尔效应。 电光调制器主要利用晶体的普科尔效应。 各向同性：物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同。 各向异性：沿晶体的不同方向、原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同。具体表现在晶体在不同方向上的硬度、热膨胀系数、电阻率、折射率等都是不同的。 自然双折射效应 在各向异性晶体中，不同偏振方向具有不同的折射率，而使入射光分解成寻常光和非常光（o光和e光）的现象。 自然双折射现象是由晶体自身的结构特性引起的。在加上外部电场后，本来是各向同性的介质，有可能产生双折射现象；而原来已经有光学各向异性的介质，其双折射性质也可能发生变化。这就表明，由于外电场的加入，晶体产生了人为双折射现象。 o光与e光在晶体中具有不同传播速度 o光在晶体中各方向的传播速度都相同 e光在晶体中的传播速度随方向不同而改变 E光折射线不一定在入射面内 折射率椭球 用解析的方法讨论光在晶体中沿任一方向传播时的相速度与偏振方向的关系是十分复杂的，而采用折射率椭球的几何图形方法能够较直观的解决这个问题。 在无外场时，折射率椭球由上式描述，当晶体施加外场作用时，其折射率椭球将发生“变形”。 沿z轴入射晶体的线偏振光（N1方向）可分解成x、y方向上、振幅相同的两个线偏振光。若晶体通光长度为L，则这两个偏振光出射晶体时有光程差为 我们把频率高于20000Hz的声波称为“超声波”，通常用于医学诊断的超声波频率为1~5MHz，其具有方向性好、穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点，可用于测距、测速、清洗等。 频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波叠加形成的波，如果波在介质传播时其波形不断向前推进，称行波，如果两列波叠加后波形不向前推进称驻波。 声光效应已广泛应用于声光调制、声光扫描和声光调Q等技术领域。 布拉格声光调制器的调制带宽不如电光调制器，但它的光能利用率高，所需要的驱动功率也远比电光调制少，在激光打印机、激光印刷设备中被广泛应用。 磁致旋光的方向决定与磁场方向，以顺着磁场方向为基准，光矢顺时针旋转的叫右旋（V0），对应介质称为正旋体；光矢逆时针旋转的叫右旋（V0），对应介质为负旋体。如果外磁场由螺旋管电流产生，则旋光方向总是和螺旋绕向一致。几乎全部抗磁体和多数顺磁体都属于这类材料。 当光束往返通过介质时，只要磁场方向不变，旋转角都朝一个方向增大。 磁光光强调制需要的驱动功率较低，受温度影响也较小。这种调制目前只能在红外波段（1~5微米）才能实现，其调制频率不及电光调制频率。 光隔离 声波在介质中传播时，使介质产生弹性形变，引起介质的密度呈疏密相间的交替分布，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。这如同一个光学“相位光栅”，光栅常数等于声波长?s。当光波通过此介质时，会产生光的衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。图2.16 与普通光栅相比，其不同在于不存在不透光部分，每一部分都有