直接調(diào)制和空間光調(diào)制

1、1.5 直接調(diào)制 直接調(diào)制就是要把傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入半導(dǎo)體光源，從而獲得已調(diào)制的信號(hào)。由于它是在光源內(nèi)部進(jìn)行的，因此又叫內(nèi)調(diào)制。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便高效率、高速調(diào)制 根據(jù)調(diào)制信號(hào)的類(lèi)型，可分為以下兩種,1.5.1 半導(dǎo)體激光器（LD）直接調(diào)制原理,由半導(dǎo)體的激光輸出特性圖可以看出： 半導(dǎo)體激光器有一個(gè)閾值電流It，到驅(qū)動(dòng)電流小于It時(shí)，激光器基本上不發(fā)光或只發(fā)出微弱的熒光；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流大于It時(shí)，開(kāi)始發(fā)射激光。 其光譜特性圖如圖,若把調(diào)制信號(hào)加到激光器上，就可以直接改變激光器輸出光信號(hào)的強(qiáng)度。 半導(dǎo)體激光器調(diào)制原理示意圖,由輸出光功率與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系曲線圖可知： 為了獲得線性調(diào)制，使 工作點(diǎn)處

2、于輸出特性曲線 的輸出部分我們需要在加 調(diào)制信號(hào)的同時(shí)加以適當(dāng) 的偏置電流，使輸出的光 信號(hào)不失真。偏置電流不 宜偏大，會(huì)使激光器的消 光比變壞,當(dāng)激光頻率很高時(shí)，調(diào)制電路要用高通濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生畸變。為了不產(chǎn)生調(diào)制畸變，要求輸出功率要與閾值以上的電流呈良好的線性關(guān)系；為了盡量不出現(xiàn)馳豫振蕩，應(yīng)采用條寬較窄的激光器結(jié)構(gòu),1.5.2 半導(dǎo)體光源的模擬調(diào)制,無(wú)論是使用LD或LED作為光源，都要施加偏置電流Ib，使工作點(diǎn)處于LD后LED的線性工作區(qū)。調(diào)制線性好壞與調(diào)制深度m有關(guān),由這兩個(gè)圖可以看出，m大時(shí)，調(diào)制信號(hào)幅度大，但線性差；m小時(shí)。線性好，但調(diào)制幅度小，因此要選擇合適的m值,1.5

3、.3 半導(dǎo)體光源的PCM調(diào)制,數(shù)字調(diào)制是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”碼和0”碼對(duì)光源發(fā)出的光載波進(jìn)行調(diào)制。 1、先將連續(xù)的模擬信號(hào)通過(guò)“抽樣”變換成一組調(diào)幅的脈沖序列,2、通過(guò)“量化”、“編碼”過(guò)程，形成一組等幅度、等寬帶的矩形脈沖作為“碼元”； 3、將PCM數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制,數(shù)字光通信的優(yōu)點(diǎn)： 1、數(shù)字光信號(hào)在信道傳輸過(guò)程中引進(jìn)的噪聲和失真，可采用簡(jiǎn)介中繼器的方式去掉，抗干擾能力強(qiáng)； 2、線性要求不高，可充分利用光源的發(fā)光功率； 3、數(shù)字光通信便于和PVM電話(huà)終端、PCM數(shù)字彩色電視機(jī)終端和計(jì)算機(jī)連接，從而組成一個(gè)綜合性系統(tǒng),1.6 空間光調(diào)制器,1.6.1 空間光調(diào)制器的概念,空間光調(diào)制

4、器，是一種對(duì)光波的空間分布進(jìn)行調(diào)制的器件?？臻g光調(diào)制器含有獨(dú)立單元即像素，它們?cè)诳臻g排列成一維或二維陣列，每個(gè)像素都可以獨(dú)立的接受光信號(hào)或電信號(hào)的控制，并按此次弄好改變自身的光學(xué)性質(zhì)，從而對(duì)通過(guò)他的光波進(jìn)行調(diào)制,控制這些像素光學(xué)性質(zhì)的信號(hào)稱(chēng)為“寫(xiě)入信號(hào)（W）”，寫(xiě)入信號(hào)可以是電信號(hào)也可以是光信號(hào)，射入器件并被調(diào)制的光稱(chēng)為“讀出光（IR）”，和調(diào)制后的“輸出光”的關(guān)系為,當(dāng)寫(xiě)入信號(hào)是光信號(hào)時(shí)，通常表現(xiàn)為一個(gè)二維的光強(qiáng)分布的圖像，通過(guò)一光學(xué)系統(tǒng)成像在空間光調(diào)制器的像素平面上，是入射光的像素與空間光調(diào)制器的像素一一對(duì)應(yīng)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“尋址”。尋址方式為“光學(xué)尋址”。因?yàn)閷ぶ窌r(shí)同時(shí)完成的，因此光學(xué)尋址

5、是一種“并行尋址方式”。 讀出光通過(guò)調(diào)制器時(shí)，其光學(xué)參量就受到空間光調(diào)制器個(gè)像素的調(diào)制，輸出一束具有新的光學(xué)參量空間分布的輸出光,這種方式主要用于光光轉(zhuǎn)換器件，這種器件可以用于光學(xué)信息處理和光計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換、顯示、存儲(chǔ)和濾波。 當(dāng)寫(xiě)入信號(hào)是電信號(hào)時(shí)，采用電學(xué)尋址方式，主要用于電光實(shí)時(shí)接口器件。優(yōu)點(diǎn)：直接利用電信號(hào)控制輸出光的振幅或相位,1.6.2 空間光調(diào)制器的基本功能,1.變換器功能 （1）電光轉(zhuǎn)換和串行并行轉(zhuǎn)換。 例如：待處理的信息來(lái)自攝影機(jī)或計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)，他往往是一個(gè)隨時(shí)間變化的電信號(hào)，為了把該信號(hào)輸入到光學(xué)系統(tǒng)中去，就要用空間光調(diào)制器，一方面把按時(shí)間先后串行的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成一個(gè)在

6、空間以一維或二維陣列形式排列的控制信號(hào)，另一方面又把陣列中每個(gè)像素上的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成能調(diào)制讀出光的光學(xué)性質(zhì)的變化,2）非相干光相干光轉(zhuǎn)換 在實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中，可以把寫(xiě)入的非相干光信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出的相干光信號(hào)。因?yàn)閷?shí)時(shí)處理系統(tǒng)的對(duì)象往往是一個(gè)實(shí)際物體，一般的光學(xué)系統(tǒng)只能使它形成一個(gè)非相干圖像，但在處理中卻要求一個(gè)相干圖像，以便進(jìn)行頻域處理或進(jìn)行基于光干涉的處理等,2.放大功能 當(dāng)寫(xiě)入光強(qiáng)較弱時(shí)，或者在信息處理過(guò)程層中圖像信號(hào)變?nèi)鯐r(shí)，可以采用空間均勻分布的、強(qiáng)度大的空間光調(diào)制器予以增強(qiáng)，即可得到放大了的輸出光相干信號(hào)。 3.運(yùn)算功能 信號(hào)倍乘識(shí)別大多數(shù)空間光調(diào)制器的固有性能。 4.閾值操作功能,利用器

7、件的閾值特性，可以把連續(xù)變化的寫(xiě)入信號(hào)變換成若干分立的“值”輸出，最簡(jiǎn)單的操作是把寫(xiě)入信號(hào)量化為“0”和“1”兩種輸出。給一個(gè)閾值，當(dāng)寫(xiě)入信號(hào)大于閾值時(shí)輸出為“1”，小于時(shí)輸出為“0”，這種操作稱(chēng)為閾值操作，空間調(diào)制器可以看作是非線性光開(kāi)關(guān)的二維陣列。 空間光調(diào)制器還有短時(shí)存儲(chǔ)、光學(xué)限幅、波面回復(fù)等功能,1.6.3 幾種典型的空間光調(diào)制器,1、泡克爾斯讀出光調(diào)制器（PROM） 為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的要求，陸續(xù)出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)原理的器件，其中以硅酸鉍（簡(jiǎn)寫(xiě)為BSO）晶體材料制成的空間光調(diào)制器的倒了較快的發(fā)展。BSO不但具有光電效應(yīng)，而且還具有線性電光效應(yīng)，半波電壓較低，BSO-PROM空間光調(diào)制器的結(jié)

8、構(gòu)示意圖如圖,工作原理： 當(dāng)在透明電極上加上工作電壓而無(wú)光照時(shí)，晶體的光學(xué)性質(zhì)并不發(fā)生變化，因?yàn)榇藭r(shí)大部分電壓降到光敏層,當(dāng)用較強(qiáng)的藍(lán)光照射光敏層，光子被激發(fā)，是電子獲得足夠的能量越過(guò)禁帶躍入導(dǎo)帶，大量的自由電子和空穴參與導(dǎo)電，光敏層電阻降低（光電導(dǎo)效應(yīng),由于光敏層的電阻隨外界的入射光的強(qiáng)弱發(fā)生變化，故晶體的電光效應(yīng)也發(fā)生變化。當(dāng)寫(xiě)入信號(hào)射向器件時(shí)，寫(xiě)入光的照度通過(guò)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成BSO晶體內(nèi)的電場(chǎng)分布，將圖像存儲(chǔ)下來(lái)。在讀取圖像時(shí)，選長(zhǎng)波光為讀出光。由于電光效應(yīng)變成橢圓偏振光，其橢圓率取決于晶體電壓的空間變化，因此從檢偏器輸出的光的光強(qiáng)分布將正比于圖像的明暗分布，實(shí)現(xiàn)了光的空間調(diào)制,2、液晶空間光調(diào)制器 液晶：具有液體流動(dòng)性的同時(shí)又具有晶體的特性。 晶體空間光調(diào)制器比較典型的應(yīng)用器件是硫化鎘（CdS）液晶光閥，結(jié)構(gòu)示意圖為,這種液晶光閥的主要功能是實(shí)現(xiàn)圖像的非相干-相干轉(zhuǎn)換。其工作過(guò)程是： 將待轉(zhuǎn)換的非相干圖像通過(guò)一光學(xué)系統(tǒng)從器件右側(cè)成像到光導(dǎo)層，同時(shí)有一束線偏振相干光從器件左側(cè)射向液晶，其偏振方向與液晶層左端的分子長(zhǎng)軸方向一致，由于高反射膜的作用，這束光驚兩次通過(guò)液晶層，最后從左邊輸出得到輸出光,3、其他類(lèi)型的空間光調(diào)制器,1）聲光空間光調(diào)制器 利用聲光效應(yīng)來(lái)進(jìn)行光調(diào)制。在聲光空間光調(diào)制器中，吧電學(xué)信號(hào)通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成載有寫(xiě)入信息的超聲波，走用于