《光學(xué)信號的調(diào)制》ppt課件

1、課程主要內(nèi)容四大部分：,理論基礎(chǔ),光電信號變換與處理,光輻射源光電探測器,光電系統(tǒng)分析設(shè)計,光電信號變換與處理,例：激光脈沖測距,主波,回 波,距離：D = 0.5× c ×t,光學(xué)信號變換,光－電信號變換,,光電信號變換與處理,例：激光脈沖測距,,,測量時間t,電學(xué)信號變換,,光學(xué)信號變換,光電信號變換與處理,光－電信號變換,電學(xué)信號變換,,,,,,光學(xué)信號變換 舉例,場鏡、浸沒透鏡等光學(xué)系統(tǒng)會聚目標輻射能

2、量,,紅外導(dǎo)引頭 探測系統(tǒng),光學(xué)信號變換 舉例,,光強度調(diào)制，··· ···,光纖通信系統(tǒng),光學(xué)信號變換 舉例,光機掃描擴大視場,光譜濾波消除背景輻射干擾,色散光柵實現(xiàn)光譜的空間分離,光強度調(diào)制，··· ···,光電系統(tǒng)中光學(xué)信號變換有著重要的意義，其變換方法也很多。本章重點講述光信號的強度、頻率、相位和偏振等參數(shù)的

3、調(diào)制。,場鏡、光錐等光學(xué)系統(tǒng)會聚目標輻射能量,第08章 光學(xué)信號的調(diào)制,8.2 光信號調(diào)制的基本原理,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號的解調(diào),8.1 光信號調(diào)制的概述,8.1 光信號調(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 光信號調(diào)制的概述,1.光載波的特征參數(shù),－－人眼和探測器起作用的是光波的電場強度,振幅,頻率,相位,,,,特征

4、參數(shù)： －－光強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,,光的強度 （輻通量）,－－光強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 光信號調(diào)制的概述,光學(xué)調(diào)制是指改變光載波的一個或者幾個特征參數(shù)的過程。,特征參數(shù)： －－光強、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,－－ 地面植物反射太陽光的光譜，生長狀況信息,8.1 光信號調(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，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，稱為二次調(diào)制,例3：激光脈沖測距,主波,回波,8.1 光信號調(diào)制的概述,例4：利用調(diào)制光測量液體濃度,液體濃度（信息）對光強參數(shù)的調(diào)制 一次調(diào)制,調(diào)制盤（確定時間規(guī)律）對光強參數(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或者幾個特征參數(shù)的過程。,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，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,光的強度 （輻通量）

8、,－－光強是使用最為廣泛的調(diào)制參數(shù),第08章 光學(xué)信號的調(diào)制,8.2 光信號調(diào)制的基本原理,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號的解調(diào),8.1 光信號調(diào)制的概述,8.2 光信號調(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,以光信號的強度（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 光信號調(diào)制的基本原理,－－又稱為連續(xù)波調(diào)制,,,,8.2 光信號調(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、對調(diào)幅波形的影響,,,,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對調(diào)幅波形的影響,,,,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對調(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 對調(diào)幅波形的影響,動態(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”,,,信號變

11、換－－頻率搬移,,,,,調(diào)幅波頻譜：,單一頻率調(diào)制信號,,,,調(diào)幅波頻譜：,多個頻率調(diào)制信號,,,,,,,,1.振幅調(diào)制(AM),8.2.1模擬調(diào)制,調(diào)幅波帶寬 B=2F,信號變換－頻率搬移,,,,,,,,振幅調(diào)制應(yīng)用實例,8.2.1.模擬調(diào)制,,,,,,,,振幅調(diào)制應(yīng)用實例,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 對調(diào)頻波形的影響,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對調(diào)頻波形的影響,,,,,討論： 調(diào)制指數(shù)m 對調(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)頻信號波形,調(diào)頻信號頻譜,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,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)頻光信號產(chǎn)生實例,,,8.2.1模擬調(diào)制,,,8.2.2 脈沖調(diào)制,,,,,,,,,,8.2 光信號調(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、－激光測距、目標跟蹤與識別等······,8.2.3 編 碼 調(diào) 制,抽 樣,量 化,編 碼,把模擬信號先變成脈沖序列，再變成代表信號信息的二進制編碼，然后對載波進行強度調(diào)制。,模擬量,,4，8，……,,脈沖量,數(shù)字信號,,,8.2 光信號調(diào)制的基本原理,第8章 光學(xué)信號的調(diào)制,8.2 光信號調(diào)制的基本原理,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號的解調(diào),8.

16、1 光信號調(diào)制的概述,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號偏振的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,可實現(xiàn)強度調(diào)制典型的方法,2. 機電調(diào)制,3. 光電子調(diào)制,1.

17、 輻射源調(diào)制,8.3 光信號調(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,--改變輸入電流來實現(xiàn)光強度的調(diào)制,2．發(fā)光二極管調(diào)制,－－調(diào)制頻率40GHz,－－調(diào)制頻率100MHz,－中短距離光電測距－光通信，··· ···,8.3.1 光信號強度的調(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 光信號強度的調(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 光信號強度的調(diào)制,2. 機電調(diào)制,1)調(diào)制盤調(diào)制,2)光柵莫爾條紋調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(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度調(diào)制器,2.機電調(diào)制,應(yīng)用：－－紅外被動制導(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)制盤進行空間濾波,c 用調(diào)制盤確定目標方位,,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)制盤進行空間濾波,目標輻射背景輻射,目標輻射背景輻射,,調(diào)制盤,利用目標和背景相對于系統(tǒng)的張角不同，調(diào)制盤可以抑制背景以突出目標，從而把目標從背景中分離出來－－空間濾波,1)調(diào)制盤調(diào)制,空間濾波分析：,初升太陽 調(diào)制盤

20、,小張角目標 調(diào)制圖,大張角背景 調(diào)制圖,,,,b. 用調(diào)制盤進行空間濾波,1)調(diào)制盤調(diào)制,,調(diào)制盤小結(jié)：,調(diào)制盤是一種光強度調(diào)制器,恒定輻射通量－－>周期性輻射通量,（1） 靜止目標像－>交流信號，抑制噪聲 和光源波動的影響； （2） 進行空間濾波，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.機電調(diào)制,計量光柵

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--動光柵,,,,－－光柵莫爾條紋,典型的計量光柵,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，莫爾條紋移動,光柵位移信息－－光強信號,,,,,,2)光柵調(diào)制,光柵莫爾條紋,原理：,光柵位移信息－－光強信號,2)光柵調(diào)制,t,Φ,,,用計量光

22、柵實現(xiàn)光通量幅度調(diào)制：,莫爾條紋圖案,光柵每移動一個柵距P，條紋就跟著移動一個條紋寬度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--動光柵,刻線密度 --- 測量精度 ( 10、25、50、100、125線/mm ),8.3 光信號調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)：

23、 －－光強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號偏振的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,可實現(xiàn)強度調(diào)制典型的方法,2.機電調(diào)制,3.光電子調(diào)制,1.輻射源調(diào)制,8.3 光信號調(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 光信號強度的調(diào)制,,,,,,,,,,0 基本概念（復(fù)習光學(xué)內(nèi)容）,－－是指某些晶體在電場作用下具有的雙折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場強度有關(guān)。,(1) 電光效應(yīng),3. 光電子調(diào)制,,,,,,,,,,0 基本概念（復(fù)習光學(xué)內(nèi)容）,－－是指某些晶體在電場作用下具有的雙折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場強度有關(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1/4波片,,,,,,,,0 基本概念（復(fù)習光學(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)的大小與電場強度有關(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120GHz,3. 光電子調(diào)制,光強度調(diào)制基本思路：,電光調(diào)制器,,,,輸入光（恒定強度）,輸出光（交變強度）,變化的電場（～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：輸出光強與輸入光強之比（透過率）,,－－輸出光強度調(diào)制,1） 電光調(diào)制,,,－－輸出光強度調(diào)制,,,1） 電光調(diào)制,,,,,,,透射光強受到了信號

28、電壓的調(diào)制 ！,,－－輸出光強度調(diào)制,,1） 電光調(diào)制,,,,,,,,－－輸出光強度調(diào)制,,思考：¼波片起到了什么作用？－－工作點,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：,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120GHz,可以作成幾乎沒有慣性的光閥,優(yōu)點：,缺點：,

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： 遠距離激光測距 光強度調(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),當聲波在介質(zhì)中傳播時，會引起介質(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),當聲波在介質(zhì)中傳播時，會引起介質(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,駐波－－聲光柵固定不移動,2） 聲光調(diào)制,(1) 聲光效應(yīng),－－聲光柵,－－衍射光柵,當光波通過聲光柵時，衍射光的強度、頻率、方向等隨超聲場變化－－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：平面光柵，多級衍射，零級光最強，其他級衍射光對稱地分布在零級光兩側(cè)，光強依次遞減。,特點：體光柵，只出現(xiàn)零級和一級衍射光;超聲場足夠強，入射能量幾乎全部轉(zhuǎn)移到＋1級（－1級）,（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,－－衍射光強度調(diào)制,布拉格型聲光調(diào)制器,,,,,,＋1級（或－1級）光輸出,Ii,I1,2） 聲光調(diào)制,(3)聲光調(diào)制器,－－衍射光強度調(diào)制,布拉格型聲光調(diào)制器,,,,輸入圖像、聲音信號,,強度調(diào)制光信號,,,,,,2） 聲光調(diào)制,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ··

33、3;,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號偏振的調(diào)制,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,1. 電光相位調(diào)制,2. 光學(xué)干涉儀,可實現(xiàn)相位調(diào)制的常見方法,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,,1. 電光相位調(diào)制,,,－－可以實現(xiàn)對單束相干光波相位的調(diào)制,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,,2. 光學(xué)干涉儀,,－－可以實現(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為被測參量,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,,2. 光學(xué)干涉儀,－－可以實現(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 光信號調(diào)制的基本方法,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：,運動參量調(diào)頻,固定頻移,直接光頻調(diào)制,可調(diào)參數(shù)： －－光強、振幅、頻率、

35、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,1.運動參量調(diào)頻,1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運動差頻,2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻,光頻變化與線速度：,光頻變化與角速度：,1.運動參量調(diào)頻,1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運動差頻,運動物體能改變?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)和運動差頻,頻 移：

36、,特殊地， rs＝-r0,,頻移數(shù)量級：,例如，λ＝0.4880μm的氬離子激光，θ＝8.5o，被測流速υ＝264m/s， Δv ＝77MHz,1.運動參量調(diào)頻,,2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻,Ω,當封閉的光路相對于慣性空間有一轉(zhuǎn)動角速度Ω時，順時針光路和逆時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.運動參量調(diào)頻,2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻,討論：用薩格

37、納克效應(yīng) 測量地球自轉(zhuǎn)速度,地球自轉(zhuǎn) Ω=150/小時 λ=0.6328μm,實驗不可能?。ㄅc足球場比較）,—— 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,頻率與腔長的關(guān)系：,,光頻差法：,1.運動參量調(diào)頻,一、運動參量調(diào)頻,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻,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,對于頻率信號，電子設(shè)備可以敏感到0.005Hz，可用儀器準確測出。,,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,光學(xué)法,電學(xué)法,光電系統(tǒng)中，光電信號變換的重要意義??！,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻,環(huán)形激光器,光學(xué)差頻檢測裝置,激光陀螺,--測角速度,--

39、測角度,,,,,國產(chǎn)激光陀螺測量角速度的精度優(yōu)于0.01o/hr,2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動差頻,環(huán)形激光器,光學(xué)差頻檢測裝置,激光陀螺,--測角速度,--測角度,,,,,國產(chǎn)激光陀螺測量角速度的精度優(yōu)于0.01o/hr,激光陀螺,,——02年珠海航展慣導(dǎo)產(chǎn)品,俄羅斯改進空地制導(dǎo)武器,中國激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng),,,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：,運動參量調(diào)頻,固定頻移,直接

40、光頻調(diào)制,可調(diào)參數(shù)： －－光強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.3 光信號頻率的調(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 光信號調(diào)制的基本方法,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：,運動參量調(diào)頻,固定頻移,直接光頻調(diào)制,可調(diào)參數(shù)： －－光強、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 光信號調(diào)制的基本方法,可調(diào)參數(shù)： －－光強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號偏振的調(diào)制,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.3.4 光信號偏振的調(diào)制,典

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

44、強、振幅、頻率、相位、 －－偏振方向、傳播方向，··· ···,8.3.2 光信號相位的調(diào)制,8.3.1 光信號強度的調(diào)制,8.3.3 光信號頻率的調(diào)制,8.3.4 光信號偏振的調(diào)制,第8章 光學(xué)信號的調(diào)制,8.2 光信號調(diào)制的基本原理,8.3 光信號調(diào)制的基本方法,8.4 調(diào)制信號的解調(diào),8.1 光信號調(diào)制的概述,8.3 調(diào)制信號的解調(diào),,,實例： 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)制信號的解調(diào),,,光學(xué)法,電學(xué)法,相干光干涉場解調(diào),光電探測器解調(diào),常用解調(diào)方法：,峰值檢波電路,相敏檢波電路,,,,,將被測信息從已調(diào)信號中分離出來的過程稱為解調(diào),1．直線律檢波與調(diào)幅信號的解調(diào),,調(diào)幅信號二極管檢波電路,,,--適合調(diào)幅信號解調(diào),8.3 調(diào)制信號的解調(diào),,2．相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào) (相當重要!!!),,,——適合于調(diào)相信號解調(diào),① 基本結(jié)構(gòu),Ui—調(diào)相信號

46、 Uc---參考信號Ui，Uc 具有相同的頻率,8.3 調(diào)制信號的解調(diào),,,Ui, Uc 具有相同的頻率,,,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號的解調(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)相信號的解調(diào),③ 物理意義,,,,,,,幅度信息,例如，目標方位信息,,,C,D,,,相位信息,,,,,,2．相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào),,,,2．相

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

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