改光學(xué)信號的調(diào)制

9.1光信號調(diào)制的概述光波是信息的載體，通常稱為光載波。1.載波的特征參數(shù)？

2.調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制

3.二次調(diào)制的意義

現(xiàn)在是1頁\一共有104頁\編輯于星期一1.光載波的特征參數(shù)

－－人眼和探測器起作用的是光波的電場強度振幅頻率相位特征參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······

光的強度（輻通量密度）－－光強是使用最為廣泛的特征參數(shù)現(xiàn)在是2頁\一共有104頁\編輯于星期一2.調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制

光學(xué)調(diào)制是指改變光載波的一個或者幾個特征參數(shù)的過程。特征參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······一次調(diào)制二次調(diào)制

廣義的光學(xué)調(diào)制現(xiàn)在是3頁\一共有104頁\編輯于星期一例1.衛(wèi)星遙感農(nóng)作物產(chǎn)量－－地面植物反射太陽光的光譜，生長狀況信息將信息直接加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制

現(xiàn)在是4頁\一共有104頁\編輯于星期一例2光纖通信系統(tǒng)－－將聲音、圖像信息加載到光波上

人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制現(xiàn)在是5頁\一共有104頁\編輯于星期一－－脈沖調(diào)制將信息加載到光波上？

人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制例3：激光脈沖測距主波回波現(xiàn)在是6頁\一共有104頁\編輯于星期一例4：利用調(diào)制光測量液體濃度液體濃度（信息）對光強參數(shù)的調(diào)制

一次調(diào)制調(diào)制盤（確定時間規(guī)律）對光強參數(shù)的調(diào)制為

二次調(diào)制

現(xiàn)在是7頁\一共有104頁\編輯于星期一3.二次調(diào)制的意義？？？聲音、圖像－－加載信息抑制干擾－－改善品質(zhì)現(xiàn)在是8頁\一共有104頁\編輯于星期一第09章光學(xué)信號的調(diào)制9.2光信號調(diào)制的基本原理9.3光信號調(diào)制的基本方法9.4調(diào)制信號的解調(diào)9.1光信號調(diào)制的概述現(xiàn)在是9頁\一共有104頁\編輯于星期一9.2光信號調(diào)制的基本原理9.2.1模擬調(diào)制9.2.2脈沖調(diào)制9.2.3編碼調(diào)制現(xiàn)在是10頁\一共有104頁\編輯于星期一9.2.1模擬調(diào)制振幅調(diào)制(AM)頻率調(diào)制(FM)光強調(diào)制現(xiàn)在是11頁\一共有104頁\編輯于星期一1.振幅調(diào)制(AM)載波調(diào)制波調(diào)幅波現(xiàn)在是12頁\一共有104頁\編輯于星期一討論：調(diào)制指數(shù)m對調(diào)幅波形的影響現(xiàn)在是13頁\一共有104頁\編輯于星期一現(xiàn)在是14頁\一共有104頁\編輯于星期一m>1稱為過量調(diào)幅，包絡(luò)形狀與調(diào)制信號嚴(yán)重失真現(xiàn)在是15頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)幅波頻譜信息“頻率”載波“頻率”調(diào)幅波帶寬B=2F現(xiàn)在是16頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)幅波頻譜：啟動虛擬儀器LabVIEW8.6仿真信號單一頻率調(diào)制信號現(xiàn)在是17頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)幅波頻譜：啟動虛擬儀器LabVIEW8.6仿真信號多個頻率調(diào)制信號現(xiàn)在是18頁\一共有104頁\編輯于星期一2.光強調(diào)制－－光強是使用最為廣泛的特征參數(shù)現(xiàn)在是19頁\一共有104頁\編輯于星期一除非對光源直接調(diào)制，一般強度調(diào)制都是衰減調(diào)制，考慮經(jīng)過光強調(diào)制以后不易失真，則平均光強選在I0/2?，F(xiàn)在是20頁\一共有104頁\編輯于星期一頻譜分析這兩項雖包含信息項，但能量過低，其高頻特性可通過平方津探測器和第兩項一起濾掉現(xiàn)在是21頁\一共有104頁\編輯于星期一3.頻率調(diào)制(FM)調(diào)頻波調(diào)制信號頻率調(diào)制：載波的頻率變化－－信息現(xiàn)在是22頁\一共有104頁\編輯于星期一頻率調(diào)制指數(shù)對瞬時角頻率在時間上積分得到相角，正如對瞬時速度在時間上積分得到距離一樣頻偏：頻偏與調(diào)制信號頻率無關(guān)，與其幅度成正比，這是調(diào)頻波的基本特征

瞬時角頻率瞬時角頻率變化范圍頻率調(diào)制實質(zhì)上就是相位調(diào)制現(xiàn)在是23頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)制指數(shù)m對調(diào)頻波形的影響啟動虛擬儀器LabVIEW8.6仿真信號現(xiàn)在是24頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)制指數(shù)m對調(diào)頻波形的影響啟動虛擬儀器LabVIEW8.6仿真信號現(xiàn)在是25頁\一共有104頁\編輯于星期一B=2(1+mf)F調(diào)頻波的頻譜由載頻ω0和無數(shù)對邊頻(ω0±nΩ)組成調(diào)頻波的另一特征：調(diào)頻波有效帶寬隨調(diào)制信號振幅增大而變寬，但與調(diào)制信號的頻率基本無關(guān)

根據(jù)對信號失真要求的不同，調(diào)頻波有效頻寬不同，一般取現(xiàn)在是26頁\一共有104頁\編輯于星期一9.2.2脈沖調(diào)制原始脈沖波形脈沖幅度調(diào)制脈沖頻率調(diào)制脈沖寬度調(diào)制應(yīng)用：－－激光測距、目標(biāo)跟蹤與識別等······現(xiàn)在是27頁\一共有104頁\編輯于星期一9.2.3編碼調(diào)制抽樣量化編碼把模擬信號先變成脈沖序列，再變成代表信號信息的二進(jìn)制編碼，然后對載波進(jìn)行強度調(diào)制。模擬量4，8，……0100，1000，……脈沖量數(shù)字信號現(xiàn)在是28頁\一共有104頁\編輯于星期一第9章光學(xué)信號的調(diào)制9.2光信號調(diào)制的基本原理9.3光信號調(diào)制的基本方法9.4調(diào)制信號的解調(diào)9.1光信號調(diào)制的概述現(xiàn)在是29頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······9.3.2光信號相位的調(diào)制9.3.1光信號強度的調(diào)制9.3.3光信號頻率的調(diào)制9.3.4光信號偏振的調(diào)制現(xiàn)在是30頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3.1光信號強度的調(diào)制可實現(xiàn)強度調(diào)制典型的方法2.機電調(diào)制3.光電子調(diào)制1.輻射源調(diào)制

現(xiàn)在是31頁\一共有104頁\編輯于星期一1.輻射源調(diào)制1)半導(dǎo)體激光器調(diào)制--改變輸入電流來實現(xiàn)光強度的調(diào)制2．發(fā)光二極管調(diào)制－－調(diào)制頻率40GHz－－調(diào)制頻率100MHz－中短距離光電測距－光通信，······現(xiàn)在是32頁\一共有104頁\編輯于星期一摘自國家精品課程《光纖通信技術(shù)》--深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院制作摘自國家精品課程《光纖通信技術(shù)》--深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院制作現(xiàn)在是33頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3.1光信號強度的調(diào)制可實現(xiàn)強度調(diào)制典型的方法2.機電調(diào)制3.光電子調(diào)制1.輻射源調(diào)制

現(xiàn)在是34頁\一共有104頁\編輯于星期一1)調(diào)制盤調(diào)制2)光柵莫爾條紋調(diào)制2.機電調(diào)制現(xiàn)在是35頁\一共有104頁\編輯于星期一1)調(diào)制盤調(diào)制調(diào)制盤是一種典型的光強度調(diào)制器

應(yīng)用：－－紅外被動制導(dǎo)系統(tǒng)、紅外跟蹤系統(tǒng)－－激光波束制導(dǎo)，······現(xiàn)在是36頁\一共有104頁\編輯于星期一最基本的作用：恒定的輻通量－－周期性輻通量a用調(diào)制盤抑制背景噪聲b用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波c用調(diào)制盤確定目標(biāo)方位現(xiàn)在是37頁\一共有104頁\編輯于星期一a.用調(diào)制盤抑制背景噪聲有源帶通濾波器現(xiàn)在是38頁\一共有104頁\編輯于星期一b.用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波目標(biāo)輻射背景輻射目標(biāo)輻射背景輻射調(diào)制盤利用目標(biāo)和背景相對于系統(tǒng)的張角不同，調(diào)制盤可以抑制背景以突出目標(biāo)，從而把目標(biāo)從背景中分離出來－－空間濾波現(xiàn)在是39頁\一共有104頁\編輯于星期一中國轟-6型戰(zhàn)略轟炸機巡航南沙2007,05,09

目標(biāo)小張角背景大張角b.用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波現(xiàn)在是40頁\一共有104頁\編輯于星期一空間濾波分析：初升太陽

調(diào)制盤小張角目標(biāo)調(diào)制圖大張角背景調(diào)制圖b.用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波現(xiàn)在是41頁\一共有104頁\編輯于星期一c.用調(diào)制盤確定目標(biāo)方位目標(biāo)方位：目標(biāo)M'（ρ?，θ'）像點M（ρ，θ）現(xiàn)在是42頁\一共有104頁\編輯于星期一目標(biāo)方位：像點M（ρ，θ）調(diào)制信號幅度－－ρ現(xiàn)在是43頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)制信號初相位－－θ

現(xiàn)在是44頁\一共有104頁\編輯于星期一調(diào)制信號初相位－－θ

現(xiàn)在是45頁\一共有104頁\編輯于星期一目標(biāo)像初相位－－θ

現(xiàn)在是46頁\一共有104頁\編輯于星期一2)光柵調(diào)制光柵是具有周期性空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能（如透射率、反射率等）的光學(xué)元件。計量光柵（空間周期P>>λ）

衍射光柵（空間周期P≈λ）

現(xiàn)在是47頁\一共有104頁\編輯于星期一－－光柵莫爾條紋典型的計量光柵結(jié)構(gòu)：小夾角主光柵--定光柵指示光柵--動光柵θ=20’，k=172倍現(xiàn)在是48頁\一共有104頁\編輯于星期一結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在是49頁\一共有104頁\編輯于星期一xΦ光柵莫爾條紋原理：光通量明暗交替變化兩光柵移動，莫爾條紋移動光柵位移信息－－光強信號現(xiàn)在是50頁\一共有104頁\編輯于星期一原理：光柵位移信息－－光強信號xΦx＝NP+△x現(xiàn)在是51頁\一共有104頁\編輯于星期一應(yīng)用舉例：精密數(shù)控位移臺--光柵線位移傳感器測量范圍：0-100mm；0-3000mm分辨率：10、5、1、0.5、0.1μm

主光柵--定光柵指示光柵--動光柵刻線密度---測量精度(10、25、50、100、125線/mm)現(xiàn)在是52頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3.1光信號強度的調(diào)制可實現(xiàn)強度調(diào)制典型的方法2.機電調(diào)制3.光電子調(diào)制1.輻射源調(diào)制

現(xiàn)在是53頁\一共有104頁\編輯于星期一3.光電子調(diào)制1）電光調(diào)制2）聲光調(diào)制0基本概念現(xiàn)在是54頁\一共有104頁\編輯于星期一0基本概念－－某些晶體（固體或液體）在外加電場中，隨著電場強度的改變，晶體的折射率會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)(1)電光效應(yīng)U－施加在電光晶體上的電壓Uπ－半波電壓r－電光系數(shù)單軸晶體——雙軸晶體現(xiàn)在是55頁\一共有104頁\編輯于星期一現(xiàn)在是56頁\一共有104頁\編輯于星期一偏振片(2)偏振元件－偏振片若入射的是自然光－－起偏器現(xiàn)在是57頁\一共有104頁\編輯于星期一若入射的是線偏光－檢偏器偏振片現(xiàn)在是58頁\一共有104頁\編輯于星期一線偏光經(jīng)過1/4波片(3)1/4波片現(xiàn)在是59頁\一共有104頁\編輯于星期一1）電光調(diào)制電光調(diào)制器

－－是指利用晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)制器調(diào)制頻率～10GHz，理論上可達(dá)120GHz

－－某些晶體（固體或液體）在外加電場中，隨著電場強度的改變，晶體的折射率會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)現(xiàn)在是60頁\一共有104頁\編輯于星期一光強度調(diào)制基本思路：電光調(diào)制器輸入光（恒定強度）輸出光（交變強度）變化的電場（～10GHz）現(xiàn)在是61頁\一共有104頁\編輯于星期一未加電場已加電場輸出光為零輸出光不為零現(xiàn)在是62頁\一共有104頁\編輯于星期一已加電場線性好現(xiàn)在是63頁\一共有104頁\編輯于星期一已加電場1/4波片也能實現(xiàn)x’，y’方向相位相差π/2現(xiàn)在是64頁\一共有104頁\編輯于星期一2）聲光調(diào)制(1)聲光效應(yīng)(2)聲光效應(yīng)的兩種類型(3)聲光調(diào)制器現(xiàn)在是65頁\一共有104頁\編輯于星期一(1)聲光效應(yīng)當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時，會引起介質(zhì)密度（折射率）發(fā)生疏密交替的周期性變化－－聲光柵行波（吸聲層）聲光柵柵面在空間移動波長1/2λs與光束比較，幾乎靜止

駐波（聲反射層）聲光柵固定不移動波長1/2λs

現(xiàn)在是66頁\一共有104頁\編輯于星期一－－聲光柵－－衍射光柵當(dāng)光波通過聲光柵時，衍射光的強度、頻率、方向等隨超聲場變化－－聲光效應(yīng)?，F(xiàn)在是67頁\一共有104頁\編輯于星期一喇曼－奈斯衍射：布拉格衍射：條件：超聲波頻率較低，聲光作用長度L較小，光束垂直聲波傳輸方向條件：超聲波頻率較高、聲光作用長度L較大，光束與聲波波面間以一定的角度斜入射

(2)聲光效應(yīng)的兩種類型現(xiàn)在是68頁\一共有104頁\編輯于星期一喇曼－奈斯衍射：布拉格衍射：特點：平面光柵，多級衍射，零級光最強，其他級衍射光對稱地分布在零級光兩側(cè)，光強依次遞減。特點：體光柵，只出現(xiàn)零級和一級衍射光。現(xiàn)在是69頁\一共有104頁\編輯于星期一喇曼－奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格聲光衍射光能利用率高，因而大部分光強調(diào)制器均采用布拉格型聲光調(diào)制器！現(xiàn)在是70頁\一共有104頁\編輯于星期一(3)聲光調(diào)制器－－衍射光強度調(diào)制布拉格型聲光調(diào)制器IiI1Ps為超聲波功率現(xiàn)在是71頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······9.3.2光信號相位的調(diào)制9.3.1光信號強度的調(diào)制9.3.3光信號頻率的調(diào)制9.3.4光信號偏振的調(diào)制現(xiàn)在是72頁\一共有104頁\編輯于星期一電光相位調(diào)制交變電場在某一感應(yīng)軸上產(chǎn)生交變折射率變化，從而使該感應(yīng)軸方向的偏振光在通過晶體后，其相位也交變變化－－可以實現(xiàn)對單束相干光波相位的調(diào)制9.3.2光信號相位的調(diào)制現(xiàn)在是73頁\一共有104頁\編輯于星期一－－可以實現(xiàn)兩束以上相干光波相位差的調(diào)制相位調(diào)制的作用該光路光束相位被調(diào)制，從而雙光束干涉條紋的運動（光纖馬赫澤德干涉儀）馬赫－澤德干涉儀現(xiàn)在是74頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······9.3.2光信號相位的調(diào)制9.3.1光信號強度的調(diào)制9.3.3光信號頻率的調(diào)制9.3.4光信號偏振的調(diào)制現(xiàn)在是75頁\一共有104頁\編輯于星期一工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：運動參量調(diào)頻固定頻移直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······現(xiàn)在是76頁\一共有104頁\編輯于星期一1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運動差頻運動物體能改變?nèi)肷溆谄渖系墓獠l率的現(xiàn)象稱作光學(xué)多普勒效應(yīng)。頻移：多普勒效應(yīng)1.運動參量調(diào)頻現(xiàn)在是77頁\一共有104頁\編輯于星期一2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻當(dāng)封閉的光路相對于慣性空間有一轉(zhuǎn)動角速度Ω時，順時針光路和逆時針光路之間將形成與轉(zhuǎn)速成正比的光程差ΔL，這種現(xiàn)象稱為薩納克效應(yīng)，其數(shù)值滿足關(guān)系

ΔL＝(4A/c)ΩΩA為光路包圍的面積現(xiàn)在是78頁\一共有104頁\編輯于星期一反射鏡組成激光諧振腔--環(huán)形激光器

由nλ=L推得頻率與腔長的關(guān)系：現(xiàn)在是79頁\一共有104頁\編輯于星期一環(huán)形激光器

光學(xué)差頻檢測裝置激光陀螺--測角速度--測角度國產(chǎn)激光陀螺測量角速度的精度優(yōu)于0.01o/小時現(xiàn)在是80頁\一共有104頁\編輯于星期一環(huán)形激光器

光學(xué)差頻檢測裝置激光陀螺--測角速度--測角度國產(chǎn)激光陀螺測量角速度的精度優(yōu)于0.01o/hr現(xiàn)在是81頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3.3光信號頻率的調(diào)制工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：運動參量調(diào)頻固定頻移直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······現(xiàn)在是82頁\一共有104頁\編輯于星期一2.固定頻移利用光學(xué)和光電子學(xué)等方法可制成頻率偏移器件現(xiàn)在是83頁\一共有104頁\編輯于星期一塞曼效應(yīng)激光頻移：利用永久磁鐵或螺線管在He-Ne激光器中形成軸向磁場，它使單模激光分裂成左右圓偏振的兩個分量。二偏振光存在頻差，數(shù)值取決于外加磁場的強度和諧振腔的品質(zhì)因數(shù)。現(xiàn)在是84頁\一共有104頁\編輯于星期一旋轉(zhuǎn)波片激光頻移：線偏振激光通過λ/4波片1后輸出圓偏振光。再通過以角頻率Ω旋轉(zhuǎn)的半波片和固定的λ/4波片2，所輸出的偏振光可得到2Ω的角頻移?，F(xiàn)在是85頁\一共有104頁\編輯于星期一聲光效應(yīng)激光頻移：在聲光器件中以頻率為f的交變信號激勵換能器，在透明介質(zhì)內(nèi)形成折射率的周期變化。當(dāng)激光平行入射到介質(zhì)內(nèi)將產(chǎn)生0級和±1級衍射光。一級衍射光與零級衍射光頻率相差±f，可分別作為參考光和信號光?，F(xiàn)在是86頁\一共有104頁\編輯于星期一旋轉(zhuǎn)光柵激光頻移：激光由透鏡聚焦在光柵盤的刻線上，透射光被分作0級和±1級衍射光。光柵盤由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，若光柵上光點處的線速度為υ，光柵刻線間距為d，則±1級衍射光將發(fā)生f=±υ/d的頻移?，F(xiàn)在是87頁\一共有104頁\編輯于星期一塞曼效應(yīng)：2～3MHz

幾種方法的頻移對比：聲光效應(yīng)：～100MHz，變換效率80％

旋轉(zhuǎn)波片：2～3kHz，變換效率90％

旋轉(zhuǎn)光柵：～20MHz，變換頻率20％

現(xiàn)在是88頁\一共有104頁\編輯于星期一旋轉(zhuǎn)波片激光頻移

頻移受限在2～3kHz以下現(xiàn)在是89頁\一共有104頁\編輯于星期一

λ/4波片：

λ/2波片：

線偏振激光通過λ/4波片1后輸出圓偏振光

λ/4波片光軸

P線偏振激光矢量-450

線偏振激光通過半波片后輸出偏振面轉(zhuǎn)過2θ角度θ

半波片光軸θθ現(xiàn)在是90頁\一共有104頁\編輯于星期一

半波片光軸

θ

半波片光軸θ圓偏振光ω以ω旋轉(zhuǎn)線偏振光ωθωθωθθω角頻率Ω旋轉(zhuǎn)半波片，輸出圓偏振光頻率ω+2Ω或ω-2Ω線偏振激光通過半波片后輸出偏振面轉(zhuǎn)過2θ角度現(xiàn)在是91頁\一共有104頁\編輯于星期一ω線偏振激光ω圓偏振光ω+2Ω或ω-2Ω圓偏振光ω+2Ω或ω-2Ω線偏振光正向逆向現(xiàn)在是92頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3.3光信號頻率的調(diào)制工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：運動參量調(diào)頻固定頻移直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、－－偏振方向、傳播方向，······現(xiàn)在是93頁\一共有104頁\編輯于星期一半導(dǎo)體激光器的直接頻率調(diào)制iv1MHz～50－70GHz電流頻率調(diào)制系數(shù):0.1GHz/mA～1GHz/mA可調(diào)頻范圍:可以證明：LD現(xiàn)在是94頁\一共有104頁\編輯于星期一9.3光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：－－光強、振幅、頻率、相位、