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上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第一章 光电信息技术物理基础 * 光学基础 §1.2.3光调制 回目录 光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。 光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和波长调制。 下面将分别介绍各种调制的原理和方法。一、光强度调制 光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。 下面介绍几种常用的光强度调制装置：1、调制盘 最简单的调制盘，有时叫做斩波器，如图1.2.3-1a所示，在圆形板上由透明和不透明相同的扇形区构成。 上一节 当盘旋转时，通过盘的光脉冲周期性的变化，光脉冲的形状决定于扇形尺寸和光源在盘上的像的大小和形状。如果光源聚焦在盘上成一极小的园，如M点，则通过盘的光脉冲为矩形波。如果光源在盘的像较大，如P点的圆，则盘旋转时，黑的扇形逐步遮盖光斑，通过盘的光强近乎正弦地变化。如欲调制线光源（图1.2.3-1b）， 图1.2.3-1a 调制盘 可把线光源1放于圆筒2的中心轴上，在圆筒的表面上有相隔等距离的狭缝3，圆筒的前面放置缝隙光阑4，仅当圆筒的狭缝与光阑的狭缝对准时，有光通过光阑，而当圆筒旋转时，可得到线状的调制光。 图1.2.3-1b 调制线光源 2、利用电磁感应的机械调制图1.2.3-2所示是一种原理图3、受抑全反射调制器其原理如图1.2.3-3所示 图1.2.3-2 电磁感应调制器 将一永磁铁固定在基座上，中间加入激磁线圈，该线圈中铁芯的一端经簧片后固定在基座上，在铁芯的另一端上固定挡片，即光调制片。在激磁线圈中加入交变电流，则铁芯两端产生交变磁场，在永磁铁作用下挡片产生左右摆动，对光束进行调整，其调制频率是激磁电流交变频率的两倍。而其调制波形应与激磁电流的波形和强度、光束和挡片的相对形状和大小有关。 图1.2.3-3 受抑全反射调制器 将两块直角棱镜的斜面密合在一起，其中一块位置固定称为固定棱镜，另一块下部与压电晶体相连称运动棱镜。压电晶体在外加交变电压的作用下产生形变，从而带动运动棱镜上下振动，使得两棱镜面间产生光学接触或分离两种状态。当两棱镜面间光学接触时，光束通过两棱镜而直线传播；当两棱镜 面间分离时，由于入射光在固定棱镜斜面处满足全反射条件，所以光束转向上方。在交变电压作用下，压电晶体周期性的变形，使入射光束分解为两束相互垂直相位相反的调制光。 二、光相位调制 利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。但是，目前市场上的各类光探测器都是不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分，一是产生光波相位变化的物理机理；二是光的干涉。 1、利用干涉现象实现光相位调制 利用干涉现象调制的关键是对光程差或相位差进行调制。图1.2.3-6所示是利用迈克尔逊干涉仪附加压电晶体来完成光调制的原理图。 上一页 图1.2.3-6 干涉调制原理 2、利用声光效应的光相位调制 光波在传播时被超声波衍射的现象叫做声光效应。光束与声束之间的相互作用而导致光束的偏转，以及光束在偏振性、振幅、频率及相位上的变化。众所周知，在石英晶片或电气石晶片中加频率较高的电压时，可以激发频率很高的机械振动（由于它们有反压电效应，频率可达到每秒108次），这种振动着的晶片将辐射超声波向周围媒质中传播。把振动着的石英放在某液体中，就可得到在这种液体中产生的超声波。液体中的弹性波是一种压缩与疏松的波，它以一定的速度传播着。这样一来，在液体中便形成周期地互相交替地一组压缩与疏松地区域。在此区域中折射率不同。如果使超声波从容器的底部反射，则入射波与反射波的叠加将形成超声波的驻波。它也是一个密度周期性变化着的结构，从而是光的折射率周期性变化着的结构，因此，我们可以把声光介质看作一个立体光栅。 光束在声光介质中的超声波上的衍射示意见图1.2.3-7。 图1.2.3-7液体中的超声波上的衍射示意图 三、光偏振调制 利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为 ，式中I0为两偏振器主平面一致时所通过的光强；α为两偏振器主平面间的夹角。下面介绍采用电光效应和磁光效应实现的光偏振调制。1、采用电光效应实现的光偏振调制 电光效应指的是介质或晶体在电场作用下，其