第08章光學(xué)信號的調(diào)制ppt課件

1、理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系課程主要內(nèi)容四大部分：課程主要內(nèi)容四大部分：理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)光電信號光電信號變換與處理變換與處理光輻射源光輻射源光電探測器光電探測器光電系統(tǒng)光電系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)光電信號變換與處理光電信號變換與處理例：激光脈沖測距例：激光脈沖測距主波主波回回 波波間隔：間隔：D = 0.5 c t光學(xué)信號變換光學(xué)信號變換光電信號變換光電信號變換光電信號變換與處理光電信號變換與處理例：激光脈沖測距例：激光脈沖測距測量時間測量時間t 電學(xué)信號變換電學(xué)信號變換理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系光學(xué)信號變換光學(xué)信號變換 光電信號光電信號變換與處理變換與處理光

2、電信號變換光電信號變換電學(xué)信號變換電學(xué)信號變換光學(xué)信號變換光學(xué)信號變換 舉例舉例場鏡、浸沒透鏡等光學(xué)系統(tǒng)會聚目標(biāo)輻射能量場鏡、浸沒透鏡等光學(xué)系統(tǒng)會聚目標(biāo)輻射能量紅外導(dǎo)引頭 探測系統(tǒng) 光學(xué)信號變換光學(xué)信號變換 舉例舉例光強(qiáng)度調(diào)制，光強(qiáng)度調(diào)制， 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 光學(xué)信號變換光學(xué)信號變換 舉例舉例光機(jī)掃描擴(kuò)大視場光機(jī)掃描擴(kuò)大視場光譜濾波消除背景輻射干擾光譜濾波消除背景輻射干擾色散光柵實(shí)現(xiàn)光譜的空間分離色散光柵實(shí)現(xiàn)光譜的空間分離光強(qiáng)度調(diào)制，光強(qiáng)度調(diào)制， 光電系統(tǒng)中光學(xué)信號變換有著重要的意義，其變換方法光電系統(tǒng)中光學(xué)信號變換有著重要的意義，其變換方法也很多。本章重點(diǎn)講述光信號的強(qiáng)度、頻率、相位

3、和偏也很多。本章重點(diǎn)講述光信號的強(qiáng)度、頻率、相位和偏振等參數(shù)的調(diào)制。振等參數(shù)的調(diào)制。 場鏡、光錐等光學(xué)系統(tǒng)會聚目標(biāo)輻射能量場鏡、光錐等光學(xué)系統(tǒng)會聚目標(biāo)輻射能量理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系第第0808章章 光學(xué)信號的調(diào)制光學(xué)信號的調(diào)制8.2 8.2 光信號調(diào)制的基本原理光信號調(diào)制的基本原理8.3 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.4 8.4 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述光波是信息的載體，通常稱為光載波。光波是信息的載體，通常稱為光載波。1. 1. 載波的特征參數(shù)？載

4、波的特征參數(shù)？ 2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 3. 3. 二次調(diào)制的意義二次調(diào)制的意義 8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述1.1.光載波的特征參數(shù)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(qiáng)度人眼和探測器起作用的是光波的電場強(qiáng)度 00c o s ( 2)EEv t振幅振幅頻率頻率相位相位特征參數(shù)：特征參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 20IE 光的強(qiáng)度光的強(qiáng)度 （輻通量）（輻通量） 光強(qiáng)是使用最為廣光強(qiáng)是使用最為廣泛的特征參數(shù)泛的特征參數(shù)2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)

5、制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述光學(xué)調(diào)制是指改變光載波的一個或者幾個特征參數(shù)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。的過程。 特征參數(shù)：特征參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 一次調(diào)制一次調(diào)制二次調(diào)制二次調(diào)制 廣義的光學(xué)調(diào)制廣義的光學(xué)調(diào)制例例1.1.衛(wèi)星遙感農(nóng)作物產(chǎn)量衛(wèi)星遙感農(nóng)作物產(chǎn)量 地面植物反射太陽光的光譜，生長狀況信息地面植物反射太陽光的光譜，生長狀況信息 8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 將信息直

6、接加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制將信息直接加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制 例例2 2 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 將聲音、圖像信息加載到光波上將聲音、圖像信息加載到光波上 8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制 脈沖調(diào)制將信息加載到光波上？脈沖調(diào)制將信息加載到光波上？ 8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制人為地按確

7、定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制例例3：激光脈沖測距：激光脈沖測距主波主波回波回波8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述例例4 4：利用調(diào)制光測量液體濃度：利用調(diào)制光測量液體濃度 液體濃度信息對光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制液體濃度信息對光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制 一次調(diào)制一次調(diào)制調(diào)制盤確定時間規(guī)律對光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制為調(diào)制盤確定時間規(guī)律對光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制為 二次調(diào)制二次調(diào)制 2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述二次調(diào)制的意義？二次調(diào)制的意義？聲音、圖像聲音、圖像加載信息加載信息抑制干擾抑制干擾改善品質(zhì)改善品質(zhì)8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述

8、光信號調(diào)制的概述 小結(jié)小結(jié)光波是信息的載體，通常稱為光載波。光學(xué)調(diào)制是光波是信息的載體，通常稱為光載波。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。指改變光載波的一個或者幾個特征參數(shù)的過程。 將信息直接加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制將信息直接加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制 人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制人為地按確定的規(guī)律變換載波信號，稱為二次調(diào)制 光電系統(tǒng)中常用的調(diào)制大多是二次調(diào)制光電系統(tǒng)中常用的調(diào)制大多是二次調(diào)制20IE 光的強(qiáng)度光的強(qiáng)度 （輻通量）（輻通量） 光強(qiáng)是使用最為廣光強(qiáng)是使用最為廣泛的調(diào)制參數(shù)泛的調(diào)制參數(shù)理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系

9、第第0808章章 光學(xué)信號的調(diào)制光學(xué)信號的調(diào)制8.2 8.2 光信號調(diào)制的基本原理光信號調(diào)制的基本原理8.3 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.4 8.4 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述8.2 8.2 光信號調(diào)制的基本原理光信號調(diào)制的基本原理8.2.1 模擬調(diào)制模擬調(diào)制8.2.2 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制8.2.3 編碼調(diào)制編碼調(diào)制以光信號的強(qiáng)度輻通量調(diào)制為例討論，適用以光信號的強(qiáng)度輻通量調(diào)制為例討論，適用于光波的振幅、相位和頻率等參數(shù)的調(diào)制于光波的振幅、相位和頻率等參數(shù)的調(diào)制 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制0m( )sin()tt0m( )

10、 ( )sin ( ) ( )tV tV t tV t振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM) 8.2 8.2 光信號調(diào)制的基本原理光信號調(diào)制的基本原理又稱為連續(xù)波調(diào)制又稱為連續(xù)波調(diào)制8.2 8.2 光信號調(diào)制的基本原理光信號調(diào)制的基本原理1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 載 波調(diào)制波調(diào)幅波8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 載波載波 信息信息 振幅調(diào)制：載波的包絡(luò)變化信息振幅調(diào)制：載波的包絡(luò)變化信息 例例. .利用調(diào)制光測量液體的濃度利用調(diào)制光測量液體的濃度 載波載波 信息信息 考慮：如果溶液考慮：如果溶液的濃度逐步加大，的濃度逐步加大，調(diào)

11、制波形？調(diào)制波形？ 1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 0m( )1( )sin()tmV tt( )sin()V tt0m( )1sin()sin()tmtt載波載波 信息信息 振幅振幅1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制討論：討論： 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m 對調(diào)幅波形的影響對調(diào)幅波形的影響0m( )1sin()sin()tmtt討論：討論： 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m 對調(diào)幅波形的影響對調(diào)幅波形的影響0m( )1sin()sin()tmtt討論：討論： 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m 對調(diào)幅波形的影響對調(diào)幅波形的影響0m( )1( )sin()tmV tt( )sin()V tt0m( )1sin(

12、)sin()tmtt載波載波 信息信息 振幅振幅1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制討論：討論： 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m 對調(diào)幅波形的影響對調(diào)幅波形的影響動態(tài)波形動態(tài)波形0m( )1( )sin()tmV tt( )sin()V tt0m( )1sin()sin()tmtt0mm( )sin()1cos()cos()2ttmtt載波載波 信息信息 振幅振幅1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 8.2.18.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制0mm( )sin()1cos()cos()2ttmtt1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制調(diào)幅波頻譜調(diào)幅波頻譜( )sin()V tt信息

13、信息“頻率頻率” 載波載波“頻率頻率” 信號變換頻率搬移信號變換頻率搬移 調(diào)幅波頻譜：調(diào)幅波頻譜： 單一頻率調(diào)制信號單一頻率調(diào)制信號 調(diào)幅波頻譜：調(diào)幅波頻譜： 多個頻率調(diào)制信號多個頻率調(diào)制信號 1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制5KHz2100Hz濾波器濾波器 調(diào)幅波帶寬調(diào)幅波帶寬 B=2F信號變換頻率搬移信號變換頻率搬移 理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例 8.2.1.模擬調(diào)制模擬調(diào)制理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制2.頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 載波載波

14、 信息信息 頻率調(diào)制：載波的頻率變化信息頻率調(diào)制：載波的頻率變化信息 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制2.頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制0m( ) ( )sin ( ) ( )tV tV t tV t0 ( )( ) V tV t0m00( )sin( )tttV t dt00( )sinsin()mfttmtffmF-頻率調(diào)制指數(shù)頻率調(diào)制指數(shù) mf 1 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻mf 1 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻mf 1 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻mf 1 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻mf 1窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻 例：例：FM立體聲廣播立體聲廣播載波載波: 94.6MHz、 98.5MHz音頻音頻: 20kHz2.頻率

15、調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 8.2.1模擬調(diào)制模擬調(diào)制mf 周期性輻射通量周期性輻射通量 （1） 靜止目標(biāo)像靜止目標(biāo)像交流信號，抑制噪聲交流信號，抑制噪聲 和光源波動的影響；和光源波動的影響； （2） 進(jìn)行空間濾波，抑制背景噪聲；進(jìn)行空間濾波，抑制背景噪聲；1)1)調(diào)制盤調(diào)制調(diào)制盤調(diào)制2)2)光柵調(diào)制光柵調(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。如透射率、反射率等的光學(xué)元件。 2.機(jī)電調(diào)制機(jī)電調(diào)制計(jì)量光柵計(jì)量光柵（空間周期（空間周期P ） 衍射光柵衍射光柵（空間周期（空間周期P ） 光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋典型的計(jì)量光柵典型的計(jì)量光柵構(gòu)造：

16、構(gòu)造：2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制小夾角小夾角主光柵主光柵-定光柵定光柵指示光柵指示光柵-動光動光柵柵光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋典型的計(jì)量光柵典型的計(jì)量光柵構(gòu)造：構(gòu)造：2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制t光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋原理：原理：光通量明暗交替變化光通量明暗交替變化兩光柵移動，莫爾條紋移動兩光柵移動，莫爾條紋移動光柵位移信息光強(qiáng)信號光柵位移信息光強(qiáng)信號2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋原理：原理：光柵位移信息光強(qiáng)信號光柵位移信息光強(qiáng)信號mcos(2)xP2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制t用計(jì)量光柵實(shí)現(xiàn)光通量幅度調(diào)制：用計(jì)量光柵實(shí)現(xiàn)光通量幅度調(diào)制： 莫爾條紋圖案莫爾條紋圖案 光柵每移動一個柵光柵

17、每移動一個柵距距P，條紋就跟著，條紋就跟著移動一個條紋寬度移動一個條紋寬度B。mcos(2)xPxNP 2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制應(yīng)用舉例：光柵線位移傳感器應(yīng)用舉例：光柵線位移傳感器測量范圍：測量范圍： 100mm-3000mm 分分 辨辨 率：率： 10、 5、 1、 0.5、 0.1 m 2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制主光柵主光柵-定光柵定光柵指示光柵指示光柵-動光動光柵柵刻線密度刻線密度 - 測量精度測量精度 ( 10、25、50、100、125線線/mm )8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏

18、振方向、傳播方向，向， 8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 8.3.1 光信號強(qiáng)度的調(diào)制光信號強(qiáng)度的調(diào)制 8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 8.3.4 光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系8.3.1 光信號強(qiáng)度的調(diào)制光信號強(qiáng)度的調(diào)制可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制典型的方法可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制典型的方法2.2.機(jī)電調(diào)制機(jī)電調(diào)制3.3.光電子調(diào)制光電子調(diào)制1.1.輻射源調(diào)制輻射源調(diào)制 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法3. 3. 光電子調(diào)制光電子調(diào)制1 1電光調(diào)制電光調(diào)制 2 2聲光調(diào)制聲光調(diào)制3 3磁光調(diào)制磁光調(diào)制0 0 基本概念基本概念

19、 8.3.1 8.3.1 光信號強(qiáng)度的調(diào)制光信號強(qiáng)度的調(diào)制是指某些晶體在電場作用下具有的雙折射效應(yīng)，是指某些晶體在電場作用下具有的雙折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場強(qiáng)度有關(guān)。其雙折射效應(yīng)的大小與電場強(qiáng)度有關(guān)。(1) (1) 電光效應(yīng)電光效應(yīng)o光光e光光光軸是指某些晶體在電場作用下具有的雙折射效應(yīng)，是指某些晶體在電場作用下具有的雙折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場強(qiáng)度有關(guān)。其雙折射效應(yīng)的大小與電場強(qiáng)度有關(guān)。(1) (1) 電光效應(yīng)電光效應(yīng)3632oUnUU泡克耳斯泡克耳斯（Pockels效應(yīng)效應(yīng) U施加在電光晶體上的電壓施加在電光晶體上的電壓 U半波電壓半波電壓0I20IP偏振片偏振片20II

20、 (2) (2) 偏振元件偏振片偏振元件偏振片若入射的是自然光起偏器若入射的是自然光起偏器0IIP若入射的是線偏光檢偏器若入射的是線偏光檢偏器偏振片偏振片P0AA200coscosIIAA(2) (2) 偏振元件偏振片偏振元件偏振片線偏光經(jīng)過線偏光經(jīng)過1/41/4波片波片eAoAA22sincosAAAAoe(3) 1/4(3) 1/4波片波片1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制電光效應(yīng)電光效應(yīng) 是指某些晶體在電場的作用下，具是指某些晶體在電場的作用下，具有雙折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場有雙折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場強(qiáng)度有關(guān)強(qiáng)度有關(guān)電光調(diào)制器電光調(diào)制器 是指利用晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)是指利

21、用晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)制器制器調(diào)制頻率調(diào)制頻率10GHz ， 理論上可達(dá)理論上可達(dá)120GHz 3. 3. 光電子調(diào)制光電子調(diào)制理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系光強(qiáng)度調(diào)制基本思路：光強(qiáng)度調(diào)制基本思路：電光調(diào)制器電光調(diào)制器 輸入光輸入光（恒定強(qiáng)度）（恒定強(qiáng)度） 輸出光輸出光（交變強(qiáng)度）（交變強(qiáng)度） 變化的電場變化的電場（10GHz）1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制起起偏偏器器 輸入光輸入光 輸出光輸出光檢檢偏偏器器P1P2P1P2A 線偏振光振幅線偏振光振幅 為零為零起偏器和檢偏器相互正交，無輸出光起偏器和檢偏器相互正交，無輸出光 1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制o光和光和e光之間產(chǎn)生附加相

22、位差，有輸出光光之間產(chǎn)生附加相位差，有輸出光起起偏偏器器 輸出光輸出光檢檢偏偏器器P1P2P1P2AA0Ae不為零不為零1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制2附加相位差附加相位差3632oUnUU221 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制2()/2sin ()()2I outI in3632oUnUU可以證明：輸出光強(qiáng)與輸入光強(qiáng)之比透過可以證明：輸出光強(qiáng)與輸入光強(qiáng)之比透過率）率）輸出光強(qiáng)度調(diào)制輸出光強(qiáng)度調(diào)制1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制3632onU輸出光強(qiáng)度調(diào)制輸出光強(qiáng)度調(diào)制mm(sin) t 2mmmmmmsin()()sin ( )24sinsin()1sin()122tI outI inttmmsin()UUt

23、2()/2sin ()()2I outI in1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制mm()sin()1()2I outtI in透射光強(qiáng)受到透射光強(qiáng)受到了信號電壓的了信號電壓的調(diào)制調(diào)制 ！輸出光強(qiáng)度調(diào)制輸出光強(qiáng)度調(diào)制3632onUmm(sin) t mmsin()UUt1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制mm()sin()1()2I outtI in輸出光強(qiáng)度調(diào)制輸出光強(qiáng)度調(diào)制3632onUmm(sin) t mmsin()UUt考慮：考慮：波片起到了什波片起到了什么作用？么作用？工作點(diǎn)工作點(diǎn) 1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制電光調(diào)制器小結(jié)電光調(diào)制器小結(jié)原理：原理： 3632oUnUU22附加相位差附加相位差1 1）

24、電光調(diào)制電光調(diào)制電光調(diào)制器小結(jié)電光調(diào)制器小結(jié)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 透光比光傳輸比小于透光比光傳輸比小于1 1 調(diào)制電壓高半波電壓幾千伏）調(diào)制電壓高半波電壓幾千伏） 3632oUnUU-半波電壓幾千伏半波電壓幾千伏1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制電光調(diào)制器小結(jié)電光調(diào)制器小結(jié)調(diào)制頻率調(diào)制頻率10GHz10GHz，理論上可達(dá)，理論上可達(dá)120GHz 120GHz 可以作成幾乎沒有慣性的光閥可以作成幾乎沒有慣性的光閥 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 透光比光傳輸比小于透光比光傳輸比小于1 1 調(diào)制電壓高半波電壓幾千伏）調(diào)制電壓高半波電壓幾千伏） 應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例： 遠(yuǎn)距離激光測距遠(yuǎn)距離激光測距 光強(qiáng)度調(diào)制光強(qiáng)度調(diào)制1

25、 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制 (1) (1) 聲光效應(yīng)聲光效應(yīng) (2) (2) 聲光效應(yīng)的兩種類型聲光效應(yīng)的兩種類型 (3) (3) 聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器 3. 3. 光電子調(diào)制光電子調(diào)制 (1) 聲光效應(yīng)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射率發(fā)生疏密交替的周期性變化聲光柵聲光柵聲光柵2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制衍射光柵衍射光柵 (1) 聲光效應(yīng)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率發(fā)生疏密交替的周期性變

26、化聲光柵行波聲光柵柵行波聲光柵柵面在空間移動面在空間移動 駐波聲光柵固駐波聲光柵固定不移動定不移動 2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制 (1) 聲光效應(yīng)聲光效應(yīng) 聲光柵聲光柵衍射光柵衍射光柵當(dāng)光波通過聲光柵時，衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向當(dāng)光波通過聲光柵時，衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等隨超聲場變化聲光效應(yīng)。等隨超聲場變化聲光效應(yīng)。2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制（2 2聲光效應(yīng)聲光效應(yīng)喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射： 布拉格衍射：布拉格衍射： 條件：超聲波頻率較低，條件：超聲波頻率較低，聲光作用長度聲光作用長度L較小，較小，光束垂直聲波傳輸方向光束垂直聲波傳輸方向條件：超聲波頻率較高、條件：超聲波頻率較高、聲光作用長

27、度聲光作用長度L較大，光束較大，光束與聲波波面間以一定的角與聲波波面間以一定的角度斜入射度斜入射 喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射： 布拉格衍射：布拉格衍射： 特點(diǎn)：平面光柵，多級特點(diǎn)：平面光柵，多級衍射，零級光最強(qiáng)，其衍射，零級光最強(qiáng)，其他級衍射光對稱地分布他級衍射光對稱地分布在零級光兩側(cè)，光強(qiáng)依在零級光兩側(cè)，光強(qiáng)依次遞減。次遞減。 特點(diǎn)：體光柵，只出特點(diǎn)：體光柵，只出現(xiàn)零級和一級衍射光現(xiàn)零級和一級衍射光;超聲場足夠強(qiáng)，入射超聲場足夠強(qiáng)，入射能量幾乎全部轉(zhuǎn)移到能量幾乎全部轉(zhuǎn)移到1級（級（1級）級）（2 2聲光效應(yīng)聲光效應(yīng)布拉格聲光衍射光能利用率高，因而大部分調(diào)布拉格聲光衍射光能利用率高，因而大部分

28、調(diào)制器均采用行波聲場的布拉格型聲光調(diào)制器！制器均采用行波聲場的布拉格型聲光調(diào)制器！ （2 2聲光效應(yīng)聲光效應(yīng)喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射： 布拉格衍射：布拉格衍射： （3 3聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器衍射光強(qiáng)度調(diào)制衍射光強(qiáng)度調(diào)制衍射光頻率調(diào)制衍射光頻率調(diào)制衍射光方向調(diào)制衍射光方向調(diào)制應(yīng)用：應(yīng)用：2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制(3)(3)聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器衍射光強(qiáng)度調(diào)制衍射光強(qiáng)度調(diào)制布拉格型聲光調(diào)制器布拉格型聲光調(diào)制器 21sisin ( ) P22II，10.5sinmiItI1ii0.5sinmIIIt1 1級或級或1 1級光輸出級光輸出IiI12 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制(3)(3)聲光調(diào)制器聲光調(diào)制

29、器衍射光強(qiáng)度調(diào)制衍射光強(qiáng)度調(diào)制布拉格型聲光調(diào)制器布拉格型聲光調(diào)制器 輸入圖像、聲音信號輸入圖像、聲音信號強(qiáng)度調(diào)制光信號強(qiáng)度調(diào)制光信號2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 8.3.1 光信號強(qiáng)度的調(diào)制光信號強(qiáng)度的調(diào)制 8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 8.3.4 光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 1

30、. 電光相位調(diào)制電光相位調(diào)制2. 光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的常見方法可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的常見方法012()ddnn dLL dFdFL dF8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 1. 電光相位調(diào)制電光相位調(diào)制xxnLc xznDE 可以實(shí)現(xiàn)對單束相干光波相位的調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)對單束相干光波相位的調(diào)制 8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 2. 光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀可以實(shí)現(xiàn)兩束以上相干光波相位差的調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)兩束以上相干光波相位差的調(diào)制 相位變化：相位變化： =2nL/0 012()ddnn dLL dFdFL dFF為被測參量為被測參量 8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位

31、的調(diào)制 2. 光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀可以實(shí)現(xiàn)兩束以上相干光波相位差的調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)兩束以上相干光波相位差的調(diào)制 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 吉曼干涉儀吉曼干涉儀 馬赫澤德干涉儀馬赫澤德干涉儀 光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀（空氣光程）（空氣光程）光纖式干涉儀光纖式干涉儀（光纖光程）（光纖光程）光纖傳感器光纖傳感器8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種： 運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻固定頻移固定頻移直接光頻調(diào)制直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相

32、位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 1.運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻1 1光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻2 2薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻vv光頻變化與線速度：光頻變化與線速度：光頻變化與角速度：光頻變化與角速度：1.運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻1 1光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻運(yùn)動物體能改變?nèi)肷溆谄渖系墓獠l率的現(xiàn)象稱作運(yùn)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)。光學(xué)多普勒效應(yīng)。頻頻 移：移：s0s01vvv(rr ) 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)v1 1光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻光

33、學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動差頻頻頻 移：移：s0s01vvv(rr ) 特殊地，特殊地， rs-r0 2 v 頻移數(shù)量級：頻移數(shù)量級：例如，例如，0.4880m的氬離子激光，的氬離子激光，8.5o，被測，被測流速流速264m/s， v 77MHz1.運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻2 2薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(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)動角速度當(dāng)封閉的光路相對于慣性空間有一轉(zhuǎn)動角速度時，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)速成正比的光程差差LL，其數(shù)值滿足關(guān)系，其數(shù)值滿足關(guān)系 閉合光路的正反向光路光程差隨轉(zhuǎn)速改變的現(xiàn)象閉合光路的

34、正反向光路光程差隨轉(zhuǎn)速改變的現(xiàn)象-薩納克效應(yīng)。薩納克效應(yīng)。 1.運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻4ALc2 2薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻討論：用薩格納克效應(yīng)討論：用薩格納克效應(yīng) 測量地球自轉(zhuǎn)速度測量地球自轉(zhuǎn)速度地球自轉(zhuǎn) =150/小時 =0.6328m 2600 300Am實(shí)驗(yàn)不可能?。ㄅc足球場比較）0.1744Lm 不易觀察260 30Am4 0 0L -更難觀察！光程差法：光程差法：L ？4ALc2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻L ？v反射鏡組成激光諧振腔反射鏡組成激光諧振腔 -環(huán)形激光器環(huán)形激光器 頻率與腔長的關(guān)系：頻率與腔長的關(guān)系：vLvL4 AvKL 光

35、頻差法：光頻差法：1.運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻4ALc一、運(yùn)動參量調(diào)頻一、運(yùn)動參量調(diào)頻2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻反射鏡組成激光諧振腔反射鏡組成激光諧振腔 -環(huán)形激光器環(huán)形激光器 4 AvKL 例：例：L=400mm =0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)150/小時小時2120 1536008.87Hzv 對于頻率信號，電子設(shè)對于頻率信號，電子設(shè)備可以敏感到備可以敏感到0.005Hz，可用儀器準(zhǔn)確測出?？捎脙x器準(zhǔn)確測出。4ALc光程差法：光程差法：光頻差法：光頻差法：4 AvL L=400mm =0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自轉(zhuǎn)地球

36、自轉(zhuǎn)150/小時小時260 30Am4 0 0L2120 1536008.87Hzv 光學(xué)法光學(xué)法電學(xué)法電學(xué)法光電系統(tǒng)中，光電信號變換的重要意義！光電系統(tǒng)中，光電信號變換的重要意義！2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻環(huán)形激光器環(huán)形激光器 光學(xué)差頻檢測裝置 激光陀螺激光陀螺4AvKL -測角速度測角速度 -測角度測角度 04tANdtL國產(chǎn)激光陀國產(chǎn)激光陀螺測量角速螺測量角速度的精度優(yōu)度的精度優(yōu)于于0.01o/hr 2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻環(huán)形激光器環(huán)形激光器 光學(xué)差頻檢測裝置 激光陀螺激光陀螺4AvKL -測角速度測角速度 -測角度測角度 04tA

37、NdtL國產(chǎn)激光陀國產(chǎn)激光陀螺測量角速螺測量角速度的精度優(yōu)度的精度優(yōu)于于0.01o/hr 激光陀螺激光陀螺02年珠海航展慣導(dǎo)產(chǎn)品年珠海航展慣導(dǎo)產(chǎn)品俄羅斯改進(jìn)空地制導(dǎo)武器俄羅斯改進(jìn)空地制導(dǎo)武器 中國激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中國激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng) 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種： 運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻固定頻移固定頻移直接光頻調(diào)制直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 8.3.3

38、光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 2. 固定頻移固定頻移利用光學(xué)和光電子學(xué)等方法可制成頻率偏移器件利用光學(xué)和光電子學(xué)等方法可制成頻率偏移器件塞曼效應(yīng)：塞曼效應(yīng)：23MHz 幾種方法的頻移對比：幾種方法的頻移對比：聲光效應(yīng)：聲光效應(yīng)：100MHz，變換效率，變換效率80 旋轉(zhuǎn)波片：旋轉(zhuǎn)波片： 23kHz，變換效率，變換效率90 旋轉(zhuǎn)光柵：旋轉(zhuǎn)光柵： 20MHz，變換頻率，變換頻率20 2. 固定頻移固定頻移8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種： 運(yùn)動參量調(diào)頻運(yùn)動參量調(diào)頻

39、固定頻移固定頻移直接光頻調(diào)制直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 半導(dǎo)體激光器的直接頻率調(diào)制半導(dǎo)體激光器的直接頻率調(diào)制iv1MHz5070GHz電流頻率調(diào)制系數(shù)電流頻率調(diào)制系數(shù):0.1GHz/mA1GHz/mA可調(diào)頻范圍可調(diào)頻范圍:m22ccviKi 可以證明：可以證明：LD8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 8.3.1 光信號強(qiáng)度的調(diào)制

40、光信號強(qiáng)度的調(diào)制 8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 8.3.4 光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.3.4 光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 典型方法磁光調(diào)制典型方法磁光調(diào)制 磁光介質(zhì)在磁場的作用下，可使穿過它的偏振光的磁光介質(zhì)在磁場的作用下，可使穿過它的偏振光的振動方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)法拉第磁光效應(yīng)振動方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)法拉第磁光效應(yīng) 。cosKlH光隔離器光隔離器 理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.3.4 光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信

41、號調(diào)制的基本方法8.3.4 光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 典型方法磁光調(diào)制典型方法磁光調(diào)制 磁光介質(zhì)在磁場的作用下，可使穿過它的偏振光的磁光介質(zhì)在磁場的作用下，可使穿過它的偏振光的振動方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)法拉第磁光效應(yīng)振動方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)法拉第磁光效應(yīng) 。cosKlH磁光調(diào)制器磁光調(diào)制器8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 偏振方向、傳播方偏振方向、傳播方向，向， 8.3.2 光信號相位的調(diào)制光信號相位的調(diào)制 8.3.1 光信號強(qiáng)度的調(diào)制光信號強(qiáng)度的調(diào)制 8.3.3 光信號頻率的調(diào)制光信號頻率的調(diào)制 8.3.4

42、光信號偏振的調(diào)制光信號偏振的調(diào)制 理學(xué)院理學(xué)院 光電子與物理學(xué)系光電子與物理學(xué)系第第8 8章章 光學(xué)信號的調(diào)制光學(xué)信號的調(diào)制8.2 8.2 光信號調(diào)制的基本原理光信號調(diào)制的基本原理8.3 8.3 光信號調(diào)制的基本方法光信號調(diào)制的基本方法8.4 8.4 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)8.1 8.1 光信號調(diào)制的概述光信號調(diào)制的概述8.3 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)實(shí)例：實(shí)例： 光纖通信光纖通信系統(tǒng)系統(tǒng) 加載信息調(diào)制加載信息調(diào)制 提取信息解調(diào)提取信息解調(diào) 8.3 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)光學(xué)法光學(xué)法電學(xué)法電學(xué)法 相干光干涉場解調(diào)相干光干涉場解調(diào) 光電探測器解調(diào)光電探測器解調(diào)常用解調(diào)方法：常用解

43、調(diào)方法： 峰值檢波電路峰值檢波電路 相敏檢波電路相敏檢波電路將被測信息從已調(diào)信號中分離出來的過程稱為解調(diào)將被測信息從已調(diào)信號中分離出來的過程稱為解調(diào)1直線律檢波與調(diào)幅信號的解調(diào)直線律檢波與調(diào)幅信號的解調(diào)調(diào)幅信號二極管檢波電路調(diào)幅信號二極管檢波電路 -適合調(diào)幅信號解調(diào)適合調(diào)幅信號解調(diào) 8.3 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)2 2相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào)相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào) ( (相當(dāng)重要相當(dāng)重要!)!)適合于調(diào)相信號解調(diào)適合于調(diào)相信號解調(diào) 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) Ui調(diào)相信號調(diào)相信號 Uc-參考信號參考信號Ui，Uc 具有相同的頻率具有相同的頻率 8.3 調(diào)制信號的解調(diào)調(diào)制信號的解調(diào)Ui, Uc 具有相同的頻率具有相同的頻率2 2相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào)相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào)模擬乘法器模擬乘法器功能電路模塊功能電路模塊2 2相敏檢波與調(diào)相