[工程科技]第四章光波的调制.ppt

调制方法的特性分析之 光电子技术引言 参考书目 《光电子学导论》 A 雅里夫 科学出版社 《光纤通讯原理》G.凯泽（美）人民邮电出版社 《光纤通讯用光电子器件和组件》 黄章勇 北京 邮电大学出版社 信息传递的方式 通讯光缆 信息 大气传输 第四章 光波的调制 用光波传递信息的特点（带宽、必威体育官网网址、抗干扰） 光波的特征参量 调制方法（AM、IM、PM、FM、PLM） 调制手段（电光、声光、磁光、弹光） 逆向应用 光波的调制 光源调制 光波调制 光波的特征参量 调制方法 调制手段 调制方法的特性分析之振幅调制 （前提：不考虑偏振） 调制前： 调制后： 光强： 特点：1、线性 2、谐波成分 调制方法的特性分析之强度调制 调制前： 调制后： 特点：1、线性 2、易于实现 振幅（强度）调制的干扰问题 原因（光源波动、信道干扰） 抗干扰措施： 参考通道 二次调制技术 调制方法的特性分析之频率及相位调制 调制前： 频率调制： 相位调制： 特点：向强度转化；抗干扰能力；灵敏度；动态范围；成本…… 电光调制的物理基础 电光效应（一次、二次） 方向的概念（传播方向、偏振方向） 对光波的调制：通过电压（电场），改变某一偏振方向上的折射率。 折射率椭球及双折射 折射率椭球 表述 双折射 外场对折射率椭球的影响 外电场的影响 比较标准表达式： 结论： 主轴及折射率椭球的变化 电光调制的应用之一——电光延迟 光路图 穿过晶体后光程差变化 相位差也随之变化。 结论—— 对偏振态的调制（输入为X方向偏振） 应用举例——半波电压的概念 电光调制的应用二——强度调制 光路图 三个关键面——起偏器、电光晶体、检偏器 输出光强 (参见图4-4) 线性问题及其纠正:插入波片! 小信号调制结果 线性改善光路图及调制曲线 强度调制曲线及光路图 横向电光调制 问题的提出：电极、效果级联 光路图（4-7）。电极仍然沿Z向施加，光波沿Y传播 对相位差的影响 相位偏置项的特点 提高调制效果的途径 高频电光调制之调制效率问题 高频调制的必要性 影响高频调制的因素 调制效率下降的原因及其补偿办法 高频电光调制之渡越时间问题 问题存在的条件——调制信号变化的周期与光束穿过晶体的时间可以比拟的时候。 分析的入手点：用积分的方法将每一时刻的贡献考虑进去。 结果：ncm=c 物理意义及实际解决方案 电光偏转 电光偏转的意义：显示、存储、摄影...... 光束传播的方向的定义——等相面的概念 实现的方法：构造一个折射率渐变的材料。 结果： 对于体调制器，这种偏转的能力很弱。一个半波电压大约可以偏转一个光斑直径的距离。 电光开关 方案一：电光调制器+双折射晶体 特点：可以级联；二进制。 方案二：集成光学开关（全内反射原理） 特点：体积小，控制电压低，串话小，开关速度高。 声光调制的物理基础 序言 一、镜面模型 二、粒子模型 三、耦合波模型 四、强度调制与偏转 声光调制的物理基础——序言 功能：强度、方向、频率 成熟程度 影响光波的途径：声波改变材料的密度，影响折射率的分布，形成一种体“光栅”——声栅 声光调制的物理基础——镜面模型（1） 同一镜面上任意两点的贡献应同相(插入图4-16) 声光调制的物理基础——镜面模型（2） 相邻两镜面的反射光的相位应该相同（图4-17） 布拉格衍射公式 声光调制的物理基础——粒子模型 能量守恒——决定了衍射光的频率 动量守恒——决定了衍射波的方向 ?的选择：对应两种碰撞过程。也可以用多卜勒效应来解释。 声光调制的物理基础——耦合波模型 电场对电极化矢量的影响： 折射率变化对电极化矢量的影响： 由麦氏方程，有： 上式对入射波和衍射波均成立，故可写成两个标量方程： 声光调制的物理基础——耦合波模型（续） 设该波动方程有如下形式的解： 将解带入标量方程，再注意到能量守恒和动量守恒，可得到耦合波方程： 声光调制的物理基础——耦合波模型（续） 波动方程的解为： 特点讨论： 1）、对任意的ri,rd,光场的总能量是守恒的 2）、当 时，入射波将全部转化成衍射波， 这就是布拉格衍射最大的优点。正是这一优点使得布拉格声光调制器件得到大量的应用。 声光调制 衍射效率的定义为： 衍射光强为： 考虑到声光材料的具体参数，?可表示为： 最终决定衍射光强的是声波的强度Is 声光偏转 布拉格衍射的前提是动量守恒（4-19） 声波频率（波矢）的改变将引起动量三角形的失配，结果是衍射