第3讲_调制及电光调制[1]

第三章3.1 调制的基本概念

激光调制技术

3.1.1 振幅调制 3.1.2 频率调制和相位调制━━调频和调相 3.1.3 强度调制 3.1.4 脉冲调制 3.1.5 脉冲编码调制(一般了解)

3.2 电光调制3.2.1 电光调制的物理基础 3.2.2 电光强度调制

3.2.3 电光相位调制3.2.4 电光调制器的电学性能 3.2.5 设计电光调制器应考虑的问题

3.1 调制的基本概念 激光是一种频率更高(1013~1015Hz)的电磁波，它具有很 好相干性，因而象以往电磁波(收音机、电视等)一样可以用 来作为传递信息的载波。 由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、符号等) 通过一定的传输通道(大气、光纤等)送到接收器，再由光接收 器鉴别并还原成原来的信息。 这种将信息加载于激光的过程称之为调制 完成这一过程的装置称为 调制器。其中激光称为载 波；起控制作用的低频信 息称为调制信号。 解调：调制的反过程，即 把调制信号还原成原来的 信息。

x(t )

t

ec (t ) Ac cos( ct c ) 其中 Ac 振幅 c 角频率 c 相位角激光光波的电场强度是： 因激光具有振幅、频率、相位、强度等参量，如使其中某一参 量按调制信号的规律变化，则激光受到信号的调制，达到运载 信息的目的。

调制的分类：根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制。 内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以

调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以 实现调制。注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电 流，使输出的激光强度受到调制 ( 也称直接调制 ) 。还有一种内 调制方式是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制元 件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器 输出特性，以后介绍的调Q技术实际上就是属于这种调制。

外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，

用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就 会使光波的某参量受到调制。外调制方便，且比内调的调制速率高(约一个数量级), 调制带宽要宽得多，故倍受重视。 按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁光调 制、和直接调制(电源调制)

激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及强度调 制等。 3.1.1振幅调制 振幅调制就是使载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡， 简称调幅。 设激光载波的电场强度为： ec (t ) Ac cos( ct c ) 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： a(t )

Am cos mt

其中 Am 和 ω m 分别是调制信号的振幅和角频率，当进行激光振幅 调制

之后，激光振幅 Ac 不再是常量，而是与调制信号成正比。

ct c ) 其调幅波的表达式为：e(t ) Ac 1 ma cos m t cos(利用三角公式： cos cos 1 cos( ) cos( ) 2 得： e(t ) A cos( t ) ma A cos ( )t c c c

2

c

c

m

c

ma Ac cos ( c m )t c 2 式中，ma Am Ac 称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项 是因调制而产生的新分量，称为边频分量 。 调 Ama Ac 2c

ma Ac 2

幅波

c m

c2 m

c

m

频 谱

3.1.2 频率调制和相位调制━━调频和调相 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变 化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角 (t) 的变化，因此统称为角度调制。 对于调频而言，就是式

ec (t ) Ac cos( ct c )

中的角频率ω c 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：

(t ) c (t ) c k f a(t )

若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为：

(t ) (t )dt c c k f a(t ) dt c c t k f a (t )dt c ct k f ( Am cos mt )dt c c t m f sin mt c其中 m f k f Am

m

m

称为调频系数，kf 称为比例系数。

则调制波的表达式为： e(t ) Ac cos( c t m f sin mt c ) 同样，相位调制就是相位角不再是常数，而是随调制信 号的变化规律而变化，调相波的总相角为：

(t ) c t c k a(t ) c t c k Am cos m t则调相波的表达式为：

e(t ) Ac cos( c t m cos m t c )m k Am 称为调相系数。 式中， 调频和调相波的频谱。由于调频和调相实质上最终都是调制总 相角，因此可写成统一的形式

e(t ) Ac cos c t m sin m t c 利用 cos( ) cos cos sin sin 三角公式展开，得：

e(t ) Ac cos( c t c ) cos(m sin m t ) sin( c t c ) sin(m sin m t )

将式中 cos(m sin m t )和 sin(m sin m t ) 两项按贝塞尔函数展开：cos(m sin mt ) J 0 ( m) 2 J 2 n ( m) cos(2n mt ) n 1 n 1

sin(m sin m t ) 2 J 2 n 1 (m) sin (2n 1) m t 知道了调制系数m,就可得各阶贝塞尔函数的值。 将以上两式代入利用三角函数关系式：sin sin 1 cos( ) cos( ) 2

cos cos 1 cos( ) cos( ) 2

可得： e(t ) Ac J 0 (m) cos( c t c ) J 1 (

m) cos ( c m )t c J 1 (m) cos ( c m )t c J 2 (m) cos ( c 2 m )t c J 2 (m) cos ( c 2 m )t c Ac J 0 (m) cos( c t c ) Ac J n (m) cos( c n m )t c ( 1) n cos( c n m )t c n 1

可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与 在它两边对称分布的无穷多对边频所组成的。各边频之间的频率 间隔是 m , 各边频幅度的大小 J n (m) 由贝塞尔函数决定。 如下图是m=1时的角度调制波的频谱。

0.7 mf 7 0.44 0.11 0.02 c

1

m

6 m角度调制波的频谱

显然, 若调制信号不是单频正弦波, 则其频谱将更加复杂。另外， 当角度调制系数较小(即m<<1)时，其频谱与调幅波有着相同的 形式。

3.1.3 强度调制

强度调制是光载波的强度(光强)随调制信号规律而变化的激光振荡。 激光调制通常多采用强度调制形式，这是因为接收器(探测 器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化的缘故。 激光的光强度定义为光波电场的平方，其表达式为(光波电 场强度有效值的平方):

I (t ) e (t ) A cos ( c t c )2 2 c 2

于是，强度调制的光强表达式可写为 :

mt) 式中，k p 为比例系数。设调制信号是单频余弦波 a(t ) Am cos( 将其代入上式, 并令 k p Am m p (称为强度调制系数)Ac2 I (t ) 1 m p cos m t cos2 ( c t c ) 2

Ac2 I (t ) 1 k p a(t ) cos2 ( c t c ) 2

光强调制波的频谱可用前面所述类似的方法求得，但其结果 与调幅波的频谱略有不同，其频谱分布除了载频及对称分布 的两边频之外，还有低频 m 和直流分量。

I (t )

调制信号 载波

强度调制

t

3.1.4

脉冲调制 以上几种调制形式所得到的 …… 此处隐藏：3041字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……