授课教案 第八章光波调制 第八章光波调制 §8-1光束的调制原理 调制：将信息加载于激光的过程。完成该过程的器件称为调制器。其中激光称为 载波，起控制作用的低频信号称为控制信号。 光场的表达式： E(t)=A.cos(o+) (8.1) Ac:振幅：：角频率：c:相位角 按调制的性质可分为：调幅、调频、调相及强度调制等。 按调制器与激光器的关系可以分为：内调制（直接调制和外调制。 内调制：指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡 参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。 外调制：激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器 的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。 电信号 光源→输出调制光 图8.1内调制示意图 电信号 光源光信号，外时制器一→输出调制光 图82外调制示意图 一振幅调制 振幅调制：载波的振幅随调制信号的变化规律而改变的振荡，简称调幅。 调制信号：a()=A cos@ (8.2) 调幅波：E()=A.[l+m。cos0小cos(o.1+p) (8.3)
授课教案 第八章 光波调制 第八章 光波调制 §8-1 光束的调制原理 调制：将信息加载于激光的过程。完成该过程的器件称为调制器。其中激光称为 载波，起控制作用的低频信号称为控制信号。 光场的表达式： cos()( ) c cc = ω tAtE +ϕ （8.1） Ac：振幅；ωc：角频率；ϕc：相位角 按调制的性质可分为：调幅、调频、调相及强度调制等。 按调制器与激光器的关系可以分为：内调制(直接调制)和外调制。 内调制：指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡 参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。 外调制：激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器 的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。 图 8.1 内调制示意图 图 8.2 外调制示意图 一 振幅调制 振幅调制：载波的振幅随调制信号的变化规律而改变的振荡，简称调幅。 调制信号： = m cos)( ω mtAta (8.2) 调幅波： cos(]cos1[)( ) c a m cc += ω ω ttmAtE +ϕ (8.3) 1
授误教案 第八章光波调制 二频率调制和相位调制 1.频率调制 频率调制：载波的频率随调制信号的变化规律而改变，简称调频。 调频波的频率：o0)=0。+Ao()=0。+kya() (8.4) 调频波的总相角： w(t)=So(t)di+:=[@.+kja(t)ldt+:=o1+kya(t)dt+ (8.5) (8.6) 0 2.相位调制 相位调制：载波的相位随调制信号的变化规律而改变，简称调相。 调相波的总相角：()=o.1+k。4 cos01+p。 (8.7) 调相波：E)=Acos(o,1+k,A cos@1+p.) (8.8) 两种调制波都表现为总相角()的变化，统称为角度调制。 三强度调制 强度调制：光载波的强度（光强）随调制信号规律变化的激光振荡 载波光强度：I)=E2(0=Acos2(,1+p) (8.9) 强度调制后光强： 10=号l+k,a0cs2a1+R)=号l+m,cos.小cos2(a1+p) (8.10)
授课教案 第八章 光波调制 二 频率调制和相位调制 1. 频率调制 频率调制：载波的频率随调制信号的变化规律而改变，简称调频。 调频波的频率： t)( )( takt )( ω ωc Δ+= ω = ω + fc (8.4) 调频波的总相角： c fc fcc c ψ dttt ωϕω +=+= ωϕ +=+ dttaktdttak +ϕ ∫∫ ∫ )]([)()( )( (8.5) 调频波： cos()( cm )sin m mf c c t Ak tAtE ϕω ω = ω + + (8.6) 2. 相位调制 相位调制：载波的相位随调制信号的变化规律而改变，简称调相。 调相波的总相角： c m cm ψ )( ω += ϕ cosω tAktt + ϕ （8.7） 调相波： cos()( cos ) c c m cm = ω + ϕ ω tAktAtE +ϕ （8.8） 两种调制波都表现为总相角ψ t)( 的变化，统称为角度调制。 三 强度调制 强度调制：光载波的强度(光强)随调制信号规律变化的激光振荡 载波光强度： 2 == c 22 tAtEtI + ϕω cc )(cos)()( （8.9） 强度调制后光强： )(cos]cos1[ 2 )(cos)](1[ 2 )( 2 2 2 2 p m cc c p cc c ttm A ttak A tI += ϕω +=+ + ϕωω （8.10） 2
授课教案 第八章光波调制 WWWY 0.1 (e) 图8.3光波模拟调制 (a)低频控制电信号；(b)光载波：(c)幅度调制：(@频率调制：(@)强度调制： 四脉冲编码调制 先把模拟信号变为电脉冲序列，再将脉冲幅值变为和信息对应的二进制编 码，再对光载波进行强度调制。 步骤：抽样、量化和编码
授课教案 第八章 光波调制 图 8.3 光波模拟调制 (a)低频控制电信号；(b)光载波；(c)幅度调制；(d)频率调制；(e) 强度调制； 四 脉冲编码调制 先把模拟信号变为电脉冲序列，再将脉冲幅值变为和信息对应的二进制编 码，再对光载波进行强度调制。 步骤：抽样、量化和编码 3
授课教案 第八章光波调制 6 (a)模椒信号 (6)取样 H(6) 14 《c)量化 时 (d)编 011110111101011100时前 (3)(6)()(5)(3)(4) 图8.4脉冲编码调制示意图 §8-2晶体中光的传播特性 一介电张量 各向异性晶体中， P,=oZE (i,j=x,y,=) D=5E+P →D,=8,E (8.11) 8=60+) 一般情况下D与E的方向不一致。若存在某些特殊方向，当电场E沿该方向时， 晶体也沿该方向极化，使得D与E的方向一致。此时有 D）:00E D,=0 0 E, (8.12) D(006人E 这样的三个方向构成的坐标系称为主介电轴坐标系（主轴坐标系）。 二双折射现象
授课教案 第八章 光波调制 图 8.4 脉冲编码调制示意图 §8-2 晶体中光的传播特性 一 介电张量 各向异性晶体中， jiji （8.11） i jij PED ED zyxjiEP ε χεε ε χε =⇒ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ += += = = )1( ),,,( 0 0 0 rr rrr 一般情况下 与D r E r 的方向不一致。若存在某些特殊方向，当电场 E r 沿该方向时， 晶体也沿该方向极化，使得 与D r E r 的方向一致。此时有 ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ z y x z y x E E E D D D 33 22 11 00 00 00 ε ε ε （8.12） 这样的三个方向构成的坐标系称为主介电轴坐标系（主轴坐标系）。 二 双折射现象 4
授课教案 第八章光波调制 e光 0光 晶体双折射 图85晶体的双折射现象示意图 当光入射到各向异性介质时，折射光将分为两束，它们沿着略微不同的方向 行进。若入射光束足够细、品体足够厚，则透射出来的两束光可以完全分开。同 一入射光折射后分为两束的现象称为双折射。 当光束垂直入射于方解石表面时，一束折射光0仍沿原方向在晶体内传播， 遵从折射定律，称为寻常光(0光)：另一束折射光©在晶体内偏离原来的传播 方向，违背折射定律，称为非常光(e光)。 注：“寻常”和“非常”仅是指光在折射时是否符合折射定律，它反映晶体内各 方向的传播速度不同，只在晶体内部才有区分的意义。 晶体内存在一些特殊方向，在晶体内部光沿此方向传播时不发生双折射现象 即0光和ε光的传播速度和传播方向都一样。在晶体内平行于这些特殊方向的任 何直线称之为品体的光轴。 注：光轴仅标志一定的方向，并不限于某一条特殊的直线， 单轴品体：只有一个光轴。（石英、方解石） 双轴晶体：有两个光轴 正品体：©光速度在除光轴外的任何方向上都比o光小（石英） 负晶体：ε光速度在除光轴外的任何方向上都比0光大（方解石） 三折射率椭球 晶体光学性质的各向异性是由于晶体的光频介电常数[6，]的二阶对称张量造 成的，二阶对称张量可用示性曲面表示。晶体中D与E的关系为D,=6,E,或 E,=B,D,为张量方程，6，和B,是二阶对称张量。在主轴坐标系中，其二阶示 性曲面方程分别为 6x+62x+6x-1 (8.13) Bxi+B2x+x=1 (8.14)
授课教案 第八章 光波调制 图 8.5 晶体的双折射现象示意图 当光入射到各向异性介质时，折射光将分为两束，它们沿着略微不同的方向 行进。若入射光束足够细、晶体足够厚，则透射出来的两束光可以完全分开。同 一入射光折射后分为两束的现象称为双折射。 当光束垂直入射于方解石表面时，一束折射光 o 仍沿原方向在晶体内传播， 遵从折射定律，称为寻常光（o 光）；另一束折射光 e 在晶体内偏离原来的传播 方向，违背折射定律，称为非常光（e 光）。 注：“寻常”和“非常”仅是指光在折射时是否符合折射定律，它反映晶体内各 方向的传播速度不同，只在晶体内部才有区分的意义。 晶体内存在一些特殊方向，在晶体内部光沿此方向传播时不发生双折射现象， 即 o 光和 e 光的传播速度和传播方向都一样。在晶体内平行于这些特殊方向的任 何直线称之为晶体的光轴。 注：光轴仅标志一定的方向，并不限于某一条特殊的直线。 单轴晶体：只有一个光轴。（石英、方解石） 双轴晶体：有两个光轴 正晶体：e 光速度在除光轴外的任何方向上都比 o 光小（石英） 负晶体：e 光速度在除光轴外的任何方向上都比 o 光大（方解石） 三 折射率椭球 晶体光学性质的各向异性是由于晶体的光频介电常数 ][ ij ε 的二阶对称张量造 成的，二阶对称张量可用示性曲面表示。晶体中 D 与 E 的关系为 ED jiji = ε 或 = β DE jiji ，为张量方程， ij ε 和β ij 是二阶对称张量。在主轴坐标系中，其二阶示 性曲面方程分别为 11 2 22 2 εεε xxx 33 2 =++ 1 （8.13） 1 2 33 2 22 2 11 βββ xxx =++ （8.14） 5