第21讲-激光调制的基本概念

激光原理与技术第二十一讲激光调制的基本概念2采用不同的运用形控制激式来光某参量（主要有电光效应，等）而线宽实现的。21.0激光技术课程特点改善和提高激光性激光单激光技术主要讲授可以的，主要内能元技术容包括：激光调制与偏转技术Q调技术:锁模技术:非线性光学技术:ns将激光输出的脉冲宽度压缩至量级。fs将激光输出的脉冲宽度压缩至量级。扩展激光波段、改变或控制激光器参数等。激光技术涉及多学科的理论知识，但从基本原理来看利用光和物质相互，大多是所产作用生的物理效应声光效应，非线性光学效应等），（能量，功率，脉宽，偏振，模式，321.1调制的基本概念激光是一种光频电磁波，可以用来作为传递信息的载波。“”“”“”以信息的所谓，是按着人类应用的需求（）调对光波进行节调形式制与现控制出，是由振幅强度相位偏振改变载波的、、或以传播信息的过程。从载波中分出信息信号解调是的反过程。421.1调制的基本概念光波作为信息载体的特点转播速度快信息容量大可以用光学系统进行变换可以在透明介质中传输光纤、水可以不用介质传输真空、太空可独立传播加载了信号的光波是以群速度传播。传输方式多样5反坦克导弹制导、激光武器制导、战场上的激光通信等等。21.1调制的基本概念光调制的应用军事上的应用：光通信领域的应用Q调、超短工业领域的脉冲产应用：生等等。。。。。。。621.2激光调制的基本形式按着，调制可以分调制器与激光器的关系内调为制和外调制；以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光器的输内调制：出特性。改变激光器的泵浦强度改变激光器的腔内损耗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，会使光波的某个参量发外调制：生变化。721.3激光调制的分类以信号与载波的角度来看，激光调制就是把激光作为载波射频调携带低制向光频信号，本质频波段上是的拓展。按着信号与载波的不同，激光调制可以分模拟调制脉冲调制数为、与字调制。调制类型模拟脉冲数字信息信号时间连续时间连续或取样时间取样载波参数（振幅、强度、频率、相位或偏振）连续连续或量化量化或编码821.3激光调制的分类921.4激光模拟调制调幅可以按着分为、调频调相、等改变载波光电强场参度量的不同调制等。、偏振调制和coscccccccetAtA单色平面波表达式为其中为振幅，为角频率，为初始位相。的，通过改变激光载波的特征参量，可以对激光载波进行调制。调幅振幅调制：使载波的振幅随调制信号的变化而变化。调频频率调制：使载波的频率随调制信号的变化而变化。调相相位调制：使载波的相位随调制信号的变化而变化。强度调制：使载波的光强随调制信号的变化而变化。偏振调制：使相对于基准轴的线偏振载波偏振角随调制线偏振型：信号变化激光模拟调制:信息与载波都是连续信号使右-对-左偏振态中的载波比例强度随调制圆偏振型：信号变化1021.4激光模拟调制AmplitudeModulationAM振幅调制，载波振幅随调制信号变化cosccccetAtcosccckAatettatk式中，为为比例系数调制信号设调制信号为一余弦信号：cosmmatAt则有cocsoscccmmtkAetAtmaxmacckAAmAA令为调幅系数ccosos1mcacctetAtmcm，由于调制波形为以信号波为上下对称包络的波形。1121.4激光模拟调制振幅调制的频域分布()coscos2cos2accccccmcaccmcmetAtAtmAtcet将用三角函数展开，得傅里叶变换或作()2acccmouriermeetAAFccm为载频分量为边频分量1221.4激光模拟调制频率调制相位调制频率随调制信号变化初始位相随调制信号变化ccfttkatcttdt相角ccttdtccftkatdtcosmmatAt设cos()cetAt则有cossinccfmcAtmtfmdfdmmckAm调频系数从载波频式中率的为，为峰值频移cosmmatAt设ccttkatcoscosccmcetAtmtmkA式中为调相系数ccttkat,FrequencyModutionFM,PhaseModulationPM1321.4激光模拟调制角度调制对于频率调制和相位调制，其不同点有PMFM，调制方法不同fmm和性质不同/1/,ffmmmmmmkAmkA与无关tPMFM但和都是，不论是频率改变还是位相改变，最改变总相角总相角的变终都是表现为，因此可角化以统称为度调制。两者可以等价看待，在形式上也可以写成统一的形式：()cossinccmcetAtmtm式中为调制系数1421.4激光模拟调制角度调制的时域波形频率调制相位调制和可统称为角度调制调制波表达式为()cossinccmcetAtmt为，或者说是等幅变频振荡等幅变周期振荡tt与的关系？ccccccctdtttdttttt=dttdt1521.4激光模拟调制角度调制的频域分布角度调制波可以采用傅里叶变换或者三角函数展开求得其频谱：01()()()()1cccncmnncmeAJmAJmnn1621.4激光模拟调制强度调制光载波的强度与调制信号成正比，即221cos2cpccAItkattPk式中为比例系数cosmmatAt设221coscos2cpmccAItmttPPmcImkAI强式中为度调制系数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响应其所接受的光强变化。1721.4激光模拟调制二次调制在实际应用中，为了得到较强的抗干扰效二次调制果，往往利用方式，例如：/FMIM先将对一进行，然后再用这个对光载波进低频信号频率调行，使高频副载制光的强度按强副波已调载波信称为调号的变度调制频制波化而变化。这是因为在传输过程中，尽管大气抖动等干扰被会直接叠加到光信号波上，但经解调后，其信息是包含在调频的副载波中．故其信息不会受到干扰，可以无失真地再现出原来的信息。1821.4激光模拟调制激光模拟调制小结光载波调制和射频载波调制的区别，主要在于用来完成调制工作的设备的特性和限制。13~1510Hz由于光电场的频率很高，因此目前光电探测器一般无法直接测出电场的变化，只能采用平方律探测器，直接响应其所接受到的光强度的变化。由于调制信号与探测器输出之间的非线性，连续调幅的有效性是有限制的；因此激光多采用强度调制。振幅、频率、相位在实际运用中，大多数是采用达到调制强度调制的效果。对于光谱也有调相器，但是由于载波发射机和接收器的本机振荡频率之间的不稳定使解调发生困难而受到限制。1921.5脉冲调制脉冲调制就是用一种断续的周期性脉冲序列作为载波，这种载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。即先用模拟信号对一电脉冲序列的某参量（幅度、宽度、频率、位置等）进行电调制，使之按调制信号规律变化，成为已调脉冲序列，然后用这已调电脉冲对光载波进行强度调制，就可以得到相应变化的光脉冲序列。2021.5脉冲调制脉冲调幅1cos2cnccAetMttnnttt当脉冲调宽coscccetAt脉冲调位coscccetAtndndtttt当nntMt式中，为取样时间，为脉冲宽度，是调制信号的振幅，它可以是连续或量化的。12PdndMtt=,为载波脉冲前沿相对于取样时间的延迟时间nnntttMt当21用有限个数的代表值取代抽样值的大小，通过这一过程，原始信号变成数字信号。21.6脉冲编码调制（PCM调制）PCM先把模拟信号变换成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码数字信号，再对光载波进行强度调制。要实现脉冲编码调制，必须经过抽样量化编、和码三个过程。1、抽样：通过抽样后，原来的模拟信号变成一脉冲振幅调制信号。只要抽样频率大于所传递信号最高频率的两倍，就能恢复原信号波形。2、量化：3、编码：把量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程。2221.7空间光调制光波的空间空间光调制器是一种对进分布行调制的器件xy随，坐标变化振幅或强度透过率可以形成的分布，即：0,,AxyATxy可以形成随坐标变化的相位分布，即：0,exp,AxyATixy可以形成随坐标变化的不同的散射状态典型的空间光调制器有：1、泡克耳斯读出光调制器2、液晶空间光调制器3、声光空间光调制器4、磁光空间光调制器2321.8激光调制特点13154891110~10~1010~1010HzHzHz激光属于振荡频率在的相干电磁波，比无线电波，微波的频率高几个数量级一般的电容电感振荡电路、晶体管振荡电路或者磁控管等调制方法已经无法直接对激光进行调制。电偶极子振荡机制对激光进行调制，必须考虑光与物质相互作用中，介质中，折射率的变化利用介质极化率实部，对激光进行调制。根据不同的光与物质相互作用类型，可以表现为等对光的控制作用，相对应为、声场声光调、制磁场和磁电场电光调制、光调制等等。