《光學(xué)信號(hào)的調(diào)制》ppt課件

1、課程主要內(nèi)容四大部分：,理論基礎(chǔ),光電信號(hào)變換與處理,光輻射源光電探測(cè)器,光電系統(tǒng)分析設(shè)計(jì),光電信號(hào)變換與處理,例：激光脈沖測(cè)距,主波,回 波,距離：D = 0.5× c ×t,光學(xué)信號(hào)變換,光－電信號(hào)變換,,光電信號(hào)變換與處理,例：激光脈沖測(cè)距,,,測(cè)量時(shí)間t,電學(xué)信號(hào)變換,,光學(xué)信號(hào)變換,光電信號(hào)變換與處理,光－電信號(hào)變換,電學(xué)信號(hào)變換,,,,,,光學(xué)信號(hào)變換 舉例,場(chǎng)鏡、浸沒(méi)透鏡等光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚目標(biāo)輻射能

2、量,,紅外導(dǎo)引頭 探測(cè)系統(tǒng),光學(xué)信號(hào)變換 舉例,,光強(qiáng)度調(diào)制，··· ···,光纖通信系統(tǒng),光學(xué)信號(hào)變換 舉例,光機(jī)掃描擴(kuò)大視場(chǎng),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,光強(qiáng)度調(diào)制，··· ···,光電系統(tǒng)中光學(xué)信號(hào)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(hào)的強(qiáng)度、頻率、相位和偏振等參數(shù)的

3、調(diào)制。,場(chǎng)鏡、光錐等光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚目標(biāo)輻射能量,第08章 光學(xué)信號(hào)的調(diào)制,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,光波是信息的載體，通常稱為光載波。,1. 載波的特征參數(shù)？,2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制,3. 二次調(diào)制的意義,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,1.光載波的特征參數(shù),－－人眼和探測(cè)器起作用的是光波的電場(chǎng)強(qiáng)度,振幅,頻率,相位,,,,特征

4、參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,,光的強(qiáng)度 （輻通量）,－－光強(qiáng)是使用最為廣泛的特征參數(shù),2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,光學(xué)調(diào)制是指改變光載波的一個(gè)或者幾個(gè)特征參數(shù)的過(guò)程。,特征參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，

5、··· ···,一次調(diào)制,二次調(diào)制,廣義的光學(xué)調(diào)制,,例1.衛(wèi)星遙感農(nóng)作物產(chǎn)量,－－ 地面植物反射太陽(yáng)光的光譜，生長(zhǎng)狀況信息,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(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2 光纖通信系統(tǒng),－－ 將聲音、圖像信息加載到光波上,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,2. 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(hào)，稱

6、為二次調(diào)制,,－－ 脈沖調(diào)制將信息加載到光波上？,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,2. 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(hào)，稱為二次調(diào)制,例3：激光脈沖測(cè)距,主波,回波,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,例4：利用調(diào)制光測(cè)量液體濃度,液體濃度（信息）對(duì)光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制 一次調(diào)制,調(diào)制盤（確定時(shí)間規(guī)律）對(duì)光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制為

7、 二次調(diào)制,2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制,8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,二次調(diào)制的意義？？？,聲音、圖像－－加載信息,抑制干擾－－改善品質(zhì),8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述 －－小結(jié),光波是信息的載體，通常稱為光載波。光學(xué)調(diào)制是指改變光載波的一個(gè)或者幾個(gè)特征參數(shù)的過(guò)程。,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(hào)，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,光的強(qiáng)度 （輻通量）

8、,－－光強(qiáng)是使用最為廣泛的調(diào)制參數(shù),第08章 光學(xué)信號(hào)的調(diào)制,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,8.2.1 模擬調(diào)制,8.2.2 脈沖調(diào)制,8.2.3 編碼調(diào)制,以光信號(hào)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,8.2.1模擬調(diào)制,,,,振幅調(diào)制(AM),頻率調(diào)制(FM),相位調(diào)制(PM),,,,,8.

9、2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,－－又稱為連續(xù)波調(diào)制,,,,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,1.振幅調(diào)制(AM),,,載 波,調(diào)制波,調(diào)幅波,,8.2.1模擬調(diào)制,,,,1.振幅調(diào)制(AM),,載波,信息,,,振幅調(diào)制：載波的包絡(luò)變化－－信息,例.利用調(diào)制光測(cè)量液體的濃度,載波,信息,,,思考：如果溶液的濃度逐步加大，調(diào)制波形？,1.振幅調(diào)制(AM),,,,,,,,,載波,信息,,1.振幅調(diào)制(AM),8.2.1模擬調(diào)制,討論： 調(diào)制指數(shù)m

10、對(duì)調(diào)幅波形的影響,,,,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)幅波形的影響,,,,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)幅波形的影響,,,,,,,,,載波,信息,振幅,,,1.振幅調(diào)制(AM),8.2.1模擬調(diào)制,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)幅波形的影響,動(dòng)態(tài)波形,,,,,,,,,,,載波,信息,振幅,,,1.振幅調(diào)制(AM),8.2.1模擬調(diào)制,,,,,,,,1.振幅調(diào)制(AM),8.2.1模擬調(diào)制,調(diào)幅波頻譜,信息“頻率”,載波“頻率”,,,信號(hào)變

11、換－－頻率搬移,,,,,調(diào)幅波頻譜：,單一頻率調(diào)制信號(hào),,,,調(diào)幅波頻譜：,多個(gè)頻率調(diào)制信號(hào),,,,,,,,1.振幅調(diào)制(AM),8.2.1模擬調(diào)制,調(diào)幅波帶寬 B=2F,信號(hào)變換－頻率搬移,,,,,,,,振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例,8.2.1.模擬調(diào)制,,,,,,,,振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例,8.2.1模擬調(diào)制,,,2.頻率調(diào)制(FM),,,,載波,信息,,,頻率調(diào)制：載波的頻率變化－－信息,8.2.1模擬調(diào)制,,,2.頻率調(diào)制(FM),,,8.2

12、.1模擬調(diào)制,,,,--頻率調(diào)制指數(shù),mf >1 寬帶調(diào)頻mf <<1窄帶調(diào)頻,,,2.頻率調(diào)制(FM),,,8.2.1模擬調(diào)制,,--頻率調(diào)制指數(shù),mf >1 寬帶調(diào)頻mf <<1窄帶調(diào)頻,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)頻波形的影響,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)頻波形的影響,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)頻波形的影響,,,2.頻率調(diào)制(FM),,,8.2.1模擬調(diào)制,,--頻率調(diào)制指數(shù),mf

13、 >1 寬帶調(diào)頻mf <<1窄帶調(diào)頻,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)頻波形的影響,,2.頻率調(diào)制(FM),,8.2.1模擬調(diào)制,,--頻率調(diào)制指數(shù),mf >1 寬帶調(diào)頻mf <<1窄帶調(diào)頻,例：FM立體聲廣播,載波: 94.6MHz、 98.5MHz,音頻: <20kHz,,,2.頻率調(diào)制(FM),,,8.2.1模擬調(diào)制,mf <<1窄帶調(diào)頻,調(diào)頻信號(hào)波形,調(diào)頻信號(hào)頻譜,調(diào)頻波

14、帶寬B=2(Δf + F )=2(mf+1)F,,2.頻率調(diào)制(FM),,,8.2.1模擬調(diào)制,,,例：利用V/F（電壓/頻率）變換器產(chǎn)生調(diào)頻光信號(hào),U0－－載波頻率,Ui－－調(diào)制頻率,,,電壓/頻率變換器工作示意圖,,,8.2.1模擬調(diào)制,,,,,調(diào)頻光信號(hào)產(chǎn)生實(shí)例,,,8.2.1模擬調(diào)制,,,8.2.2 脈沖調(diào)制,,,,,,,,,,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,,,,原始脈沖波形,脈沖幅度調(diào)制,脈沖頻率調(diào)制,脈沖寬度調(diào)制,應(yīng)用：－

15、－激光測(cè)距、目標(biāo)跟蹤與識(shí)別等······,8.2.3 編 碼 調(diào) 制,抽 樣,量 化,編 碼,把模擬信號(hào)先變成脈沖序列，再變成代表信號(hào)信息的二進(jìn)制編碼，然后對(duì)載波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。,模擬量,,4，8，……,,脈沖量,數(shù)字信號(hào),,,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,第8章 光學(xué)信號(hào)的調(diào)制,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),8.

16、1 光信號(hào)調(diào)制的概述,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制典型的方法,2. 機(jī)電調(diào)制,3. 光電子調(diào)制,1.

17、 輻射源調(diào)制,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,1.輻射源調(diào)制,1)半導(dǎo)體激光器調(diào)制,--改變輸入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度的調(diào)制,2．發(fā)光二極管調(diào)制,－－調(diào)制頻率40GHz,－－調(diào)制頻率100MHz,－中短距離光電測(cè)距－光通信，··· ···,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,1.輻射源調(diào)制,1)半導(dǎo)體激光器調(diào)制,－－調(diào)制頻率40GHz,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,1.輻射源調(diào)制,2)發(fā)光

18、二極管調(diào)制,－－調(diào)制頻率100MHz,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,2. 機(jī)電調(diào)制,1)調(diào)制盤調(diào)制,2)光柵莫爾條紋調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,1)調(diào)制盤調(diào)制,光電掃描式調(diào)幅,旋轉(zhuǎn)調(diào)頻,調(diào)相式,脈沖調(diào)寬,調(diào)制盤是一種典型的光強(qiáng)度調(diào)制器,2.機(jī)電調(diào)制,應(yīng)用：－－紅外被動(dòng)制導(dǎo)系統(tǒng)、紅外跟蹤系統(tǒng) －－激光波束制導(dǎo)，··· ···,,1)調(diào)制盤調(diào)制,2.

19、機(jī)電調(diào)制,最基本的作用：恒定的輻通量－－周期性輻通量,a 用調(diào)制盤抑制背景噪聲,b 用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波,c 用調(diào)制盤確定目標(biāo)方位,,a. 用調(diào)制盤抑制背景噪聲,有源帶通 濾波器,,,,1)調(diào)制盤調(diào)制,b. 用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波,目標(biāo)輻射背景輻射,目標(biāo)輻射背景輻射,,調(diào)制盤,利用目標(biāo)和背景相對(duì)于系統(tǒng)的張角不同，調(diào)制盤可以抑制背景以突出目標(biāo)，從而把目標(biāo)從背景中分離出來(lái)－－空間濾波,1)調(diào)制盤調(diào)制,空間濾波分析：,初升太陽(yáng) 調(diào)制盤

20、,小張角目標(biāo) 調(diào)制圖,大張角背景 調(diào)制圖,,,,b. 用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波,1)調(diào)制盤調(diào)制,,調(diào)制盤小結(jié)：,調(diào)制盤是一種光強(qiáng)度調(diào)制器,恒定輻射通量－－>周期性輻射通量,（1） 靜止目標(biāo)像－>交流信號(hào)，抑制噪聲 和光源波動(dòng)的影響； （2） 進(jìn)行空間濾波，抑制背景噪聲；,1)調(diào)制盤調(diào)制,2)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（如透射率、反射率等）的光學(xué)元件。,2.機(jī)電調(diào)制,計(jì)量光柵

21、（空間周期P>>λ ）,衍射光柵（空間周期P≈λ ）,－－光柵莫爾條紋,典型的計(jì)量光柵,結(jié)構(gòu)：,2)光柵調(diào)制,小夾角,主光柵--定光柵,指示光柵--動(dòng)光柵,,,,－－光柵莫爾條紋,典型的計(jì)量光柵,結(jié)構(gòu)：,2)光柵調(diào)制,t,Φ,光柵莫爾條紋,原理：,光通量明暗交替變化,兩光柵移動(dòng)，莫爾條紋移動(dòng),光柵位移信息－－光強(qiáng)信號(hào),,,,,,2)光柵調(diào)制,光柵莫爾條紋,原理：,光柵位移信息－－光強(qiáng)信號(hào),2)光柵調(diào)制,t,Φ,,,用計(jì)量光

22、柵實(shí)現(xiàn)光通量幅度調(diào)制：,莫爾條紋圖案,光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距P，條紋就跟著移動(dòng)一個(gè)條紋寬度B。,,x＝NP,2)光柵調(diào)制,,應(yīng)用舉例：光柵線位移傳感器,,測(cè)量范圍： 100mm-3000mm 分 辨 率： 10、 5、 1、 0.5、 0.1 µm,2)光柵調(diào)制,主光柵--定光柵,指示光柵--動(dòng)光柵,刻線密度 --- 測(cè)量精度 ( 10、25、50、100、125線/mm ),8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)：

23、 －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制典型的方法,2.機(jī)電調(diào)制,3.光電子調(diào)制,1.輻射源調(diào)制,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,3. 光電子調(diào)制,1）電光調(diào)制,

24、2）聲光調(diào)制,3）磁光調(diào)制,0 基本概念,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,,,,,,,,,,0 基本概念（復(fù)習(xí)光學(xué)內(nèi)容）,－－是指某些晶體在電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。,(1) 電光效應(yīng),3. 光電子調(diào)制,,,,,,,,,,0 基本概念（復(fù)習(xí)光學(xué)內(nèi)容）,－－是指某些晶體在電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。,(1) 電光效應(yīng),泡克耳斯（Pockels）效應(yīng),U－施加在電光晶體上

25、的電壓 Uπ－半波電壓,3. 光電子調(diào)制,,,,,,,,,3. 光電子調(diào)制,,,,,,偏振片,(2) 偏振元件－偏振片,0 基本概念（復(fù)習(xí)光學(xué)內(nèi)容）,若入射的是自然光－－起偏器,3. 光電子調(diào)制,,,,,,若入射的是線偏光－檢偏器,偏振片,0 基本概念（復(fù)習(xí)光學(xué)內(nèi)容）,(2) 偏振元件－偏振片,3. 光電子調(diào)制,,,,,,,,,線偏光經(jīng)過(guò)1/4波片,,,,,,,,0 基本概念（復(fù)習(xí)光學(xué)內(nèi)容）,(3) 1/4波片,3. 光電子調(diào)

26、制,1） 電光調(diào)制,電光效應(yīng) －－是指某些晶體在電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度有關(guān),電光調(diào)制器 －－是指利用晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)制器,調(diào)制頻率～10GHz ， 理論上可達(dá)120GHz,3. 光電子調(diào)制,光強(qiáng)度調(diào)制基本思路：,電光調(diào)制器,,,,輸入光（恒定強(qiáng)度）,輸出光（交變強(qiáng)度）,變化的電場(chǎng)（～10GHz）,1） 電光調(diào)制,起偏器,,,輸入光,輸出光,檢偏器,P1

27、,P2,,,P1,P2,,A,線偏振光振幅,為零,起偏器和檢偏器相互正交，無(wú)輸出光,1） 電光調(diào)制,o光和e光之間產(chǎn)生附加相位差，有輸出光,起偏器,,,輸出光,檢偏器,P1,P2,,,P1,P2,,A,,,,,A0,Ae,不為零,,1） 電光調(diào)制,附加相位差,,,,1） 電光調(diào)制,,可以證明：輸出光強(qiáng)與輸入光強(qiáng)之比（透過(guò)率）,,－－輸出光強(qiáng)度調(diào)制,1） 電光調(diào)制,,,－－輸出光強(qiáng)度調(diào)制,,,1） 電光調(diào)制,,,,,,,透射光強(qiáng)受到了信號(hào)

28、電壓的調(diào)制 ！,,－－輸出光強(qiáng)度調(diào)制,,1） 電光調(diào)制,,,,,,,,－－輸出光強(qiáng)度調(diào)制,,思考：¼波片起到了什么作用？－－工作點(diǎn),1） 電光調(diào)制,電光調(diào)制器小結(jié),原理：,,,附加相位差,1） 電光調(diào)制,電光調(diào)制器小結(jié),缺點(diǎn)：,透光比（光傳輸比）小于1,調(diào)制電壓高（半波電壓幾千伏）,--半波電壓幾千伏,1） 電光調(diào)制,電光調(diào)制器小結(jié),調(diào)制頻率～10GHz，理論上可達(dá)120GHz,可以作成幾乎沒(méi)有慣性的光閥,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,

29、透光比（光傳輸比）小于1,調(diào)制電壓高（半波電壓幾千伏）,應(yīng)用舉例： 遠(yuǎn)距離激光測(cè)距 光強(qiáng)度調(diào)制,1） 電光調(diào)制,2） 聲光調(diào)制,(1) 聲光效應(yīng),(2) 聲光效應(yīng)的兩種類型,(3) 聲光調(diào)制器,3. 光電子調(diào)制,(1) 聲光效應(yīng),當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)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,－－聲光柵,2） 聲光調(diào)制,,－－衍射光柵,,(1) 聲光效應(yīng),當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折射率）發(fā)生疏密交替的周期

30、性變化－－聲光柵,,行波－－聲光柵柵面在空間移動(dòng),駐波－－聲光柵固定不移動(dòng),2） 聲光調(diào)制,(1) 聲光效應(yīng),－－聲光柵,－－衍射光柵,當(dāng)光波通過(guò)聲光柵時(shí)，衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等隨超聲場(chǎng)變化－－聲光效應(yīng)。,2） 聲光調(diào)制,（2）聲光效應(yīng),喇曼－奈斯衍射：,布拉格衍射：,條件：超聲波頻率較低，聲光作用長(zhǎng)度L較小，光束垂直聲波傳輸方向,條件：超聲波頻率較高、聲光作用長(zhǎng)度L較大，光束與聲波波面間以一定的角度斜入射,喇曼－奈斯衍射：,布拉格

31、衍射：,特點(diǎn)：平面光柵，多級(jí)衍射，零級(jí)光最強(qiáng)，其他級(jí)衍射光對(duì)稱地分布在零級(jí)光兩側(cè)，光強(qiáng)依次遞減。,特點(diǎn)：體光柵，只出現(xiàn)零級(jí)和一級(jí)衍射光;超聲場(chǎng)足夠強(qiáng)，入射能量幾乎全部轉(zhuǎn)移到＋1級(jí)（－1級(jí)）,（2）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)制器均采用行波聲場(chǎng)的布拉格型聲光調(diào)制器！,（2）聲光效應(yīng),喇曼－奈斯衍射：,布拉格衍射：,（3）聲光調(diào)制器,衍射光強(qiáng)度調(diào)制,衍射光頻率調(diào)制,衍射光方向調(diào)制,－－應(yīng)用：,2） 聲光調(diào)制,(3)聲

32、光調(diào)制器,－－衍射光強(qiáng)度調(diào)制,布拉格型聲光調(diào)制器,,,,,,＋1級(jí)（或－1級(jí)）光輸出,Ii,I1,2） 聲光調(diào)制,(3)聲光調(diào)制器,－－衍射光強(qiáng)度調(diào)制,布拉格型聲光調(diào)制器,,,,輸入圖像、聲音信號(hào),,強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào),,,,,,2） 聲光調(diào)制,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ··

33、3;,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,1. 電光相位調(diào)制,2. 光學(xué)干涉儀,可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的常見方法,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,,1. 電光相位調(diào)制,,,－－可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單束相干光波相位的調(diào)制,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,,2. 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,相

34、位變化：,φ=2?nL/λ0,－－F為被測(cè)參量,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,,2. 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,邁克爾遜干涉儀,吉曼干涉儀,馬赫－澤德干涉儀,光學(xué)干涉儀（空氣光程）,光纖式干涉儀（光纖光程）,,光纖傳感器,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.3 光信號(hào)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：,運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,固定頻移,直接光頻調(diào)制,可調(diào)參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、

35、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻,2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,光頻變化與線速度：,光頻變化與角速度：,1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻,運(yùn)動(dòng)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)。,頻 移：,多普勒效應(yīng),1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻,頻 移：

36、,特殊地， rs＝-r0,,頻移數(shù)量級(jí)：,例如，λ＝0.4880μm的氬離子激光，θ＝8.5o，被測(cè)流速υ＝264m/s， Δv ＝77MHz,1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,,2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,Ω,當(dāng)封閉的光路相對(duì)于慣性空間有一轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Ω時(shí)，順時(shí)針光路和逆時(shí)針光路之間將形成與轉(zhuǎn)速成正比的光程差ΔL，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---薩納克效應(yīng)。,,1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,討論：用薩格

37、納克效應(yīng) 測(cè)量地球自轉(zhuǎn)速度,地球自轉(zhuǎn) Ω=150/小時(shí) λ=0.6328μm,實(shí)驗(yàn)不可能?。ㄅc足球場(chǎng)比較）,—— 不易觀察,---更難觀察！,光程差法：ΔL→Ω ？？？,,,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,ΔL→Ω ？,,反射鏡組成激光諧振腔 --環(huán)形激光器,頻率與腔長(zhǎng)的關(guān)系：,,光頻差法：,1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,一、運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,反射鏡組成激光諧振腔 --環(huán)形激光器,例：L=400mm

38、 λ=0.6328μm K=2120度/秒 地球自轉(zhuǎn)150/小時(shí),對(duì)于頻率信號(hào)，電子設(shè)備可以敏感到0.005Hz，可用儀器準(zhǔn)確測(cè)出。,,光程差法：,光頻差法：,L=400mm λ=0.6328μm K=2120度/秒 地球自轉(zhuǎn)150/小時(shí),光學(xué)法,電學(xué)法,光電系統(tǒng)中，光電信號(hào)變換的重要意義??！,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,環(huán)形激光器,光學(xué)差頻檢測(cè)裝置,激光陀螺,--測(cè)角速度,--

39、測(cè)角度,,,,,國(guó)產(chǎn)激光陀螺測(cè)量角速度的精度優(yōu)于0.01o/hr,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻,環(huán)形激光器,光學(xué)差頻檢測(cè)裝置,激光陀螺,--測(cè)角速度,--測(cè)角度,,,,,國(guó)產(chǎn)激光陀螺測(cè)量角速度的精度優(yōu)于0.01o/hr,激光陀螺,,——02年珠海航展慣導(dǎo)產(chǎn)品,俄羅斯改進(jìn)空地制導(dǎo)武器,中國(guó)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng),,,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.3 光信號(hào)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：,運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,固定頻移,直接

40、光頻調(diào)制,可調(diào)參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,2. 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,,,塞曼效應(yīng)：2～3MHz,幾種方法的頻移對(duì)比：,聲光效應(yīng)：～100MHz，變換效率80％,旋轉(zhuǎn)波片： 2～3kHz，變換效率90％,旋轉(zhuǎn)光柵： ～20MHz，變換頻

41、率20％,2. 固定頻移,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.3 光信號(hào)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：,運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻,固定頻移,直接光頻調(diào)制,可調(diào)參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,半導(dǎo)體激光器的直接頻率調(diào)制,,,i,v,,1MHz～50－70GHz,電流頻率調(diào)制系數(shù):,0.1GHz/

42、mA～1GHz/mA,可調(diào)頻范圍:,可以證明：,LD,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,典

43、型方法－－磁光調(diào)制,磁光介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，可使穿過(guò)它的偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)－－法拉第磁光效應(yīng) 。,,,,光隔離器,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,,,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,典型方法－－磁光調(diào)制,磁光介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，可使穿過(guò)它的偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)－－法拉第磁光效應(yīng) 。,,,,磁光調(diào)制器,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光

44、強(qiáng)、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號(hào)相位的調(diào)制,8.3.1 光信號(hào)強(qiáng)度的調(diào)制,8.3.3 光信號(hào)頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號(hào)偏振的調(diào)制,第8章 光學(xué)信號(hào)的調(diào)制,8.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理,8.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),8.1 光信號(hào)調(diào)制的概述,8.3 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),,,實(shí)例： 光纖通信

45、系統(tǒng),加載信息－－調(diào)制,提取信息－－解調(diào),8.3 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),,,光學(xué)法,電學(xué)法,相干光干涉場(chǎng)解調(diào),光電探測(cè)器解調(diào),常用解調(diào)方法：,峰值檢波電路,相敏檢波電路,,,,,將被測(cè)信息從已調(diào)信號(hào)中分離出來(lái)的過(guò)程稱為解調(diào),1．直線律檢波與調(diào)幅信號(hào)的解調(diào),,調(diào)幅信號(hào)二極管檢波電路,,,--適合調(diào)幅信號(hào)解調(diào),8.3 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào) (相當(dāng)重要!!!),,,——適合于調(diào)相信號(hào)解調(diào),① 基本結(jié)構(gòu),Ui—調(diào)相信號(hào)

46、 Uc---參考信號(hào)Ui，Uc 具有相同的頻率,8.3 調(diào)制信號(hào)的解調(diào),,,Ui, Uc 具有相同的頻率,,,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),,模擬乘法器,,－－功能電路模塊,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),② 理論推導(dǎo),,,,,,,,,,濾波輸出：,,,,,,,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),③ 物理意義,,,,,,,幅度信息,例如，目標(biāo)方位信息,,,C,D,,,相位信息,,,,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),,,,2．相

47、敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),討論：,1.同相、反相,2.二倍頻、三倍頻,調(diào)制信號(hào) 與參考信號(hào)同頻,,,,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),只有與參考信號(hào)同頻的調(diào)制信號(hào)，才能在相敏檢波器的輸出端產(chǎn)生輸出。,,思考：調(diào)制信號(hào)Ui為任一周期性波形，基波頻率和參考信號(hào)Uc頻率相同,,,,,,,相敏檢波器的輸出？,,,,,,Ui,Uc,t,t,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),思考：調(diào)制信號(hào)Ui為任一周期性波形，基波頻率和參考信號(hào)Uc頻率相同,,,

48、,,,,,,,Ui,t,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),,,只有與參考信號(hào)同頻的調(diào)制信號(hào)分量，才能在相敏檢波器的輸出端產(chǎn)生輸出。,,思考：調(diào)制信號(hào)Ui為任一周期性波形，基波頻率和參考信號(hào)Uc頻率相同,,,,,,,相敏檢波器的輸出： Uo′>0,,,,,,Ui,Uc,t,t,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號(hào)的解調(diào),,本章小結(jié)：,,,,,,,,,,,1．改變光波參數(shù)的過(guò)程稱為調(diào)制，從已調(diào)制光波中分離并提取出原始信息的過(guò)程稱為解調(diào)。一