直接调制和空间光调制
直接调制和空间光调制
1.6.3 几种典型的空间光调制器
1、泡克尔斯读出光调制器（PROM） 为了满足实时处理的要求，陆续出现了多种结构
原理的器件，其中以硅酸铋（简写为BSO）晶体材 料制成的空间光调制器的倒了较快的发展。BSO不 但具有光电效应，而且还具有线性电光效应，半波 电压较低，BSO-PROM空间光调制器的结构示意图如 图：
4
1.5.2 半导体光源的模拟调制
无论是使用LD或LED作为光源，都要施加偏置电流Ib， 使工作点处于LD后LED的线性工作区。调制线性好坏与 调制深度m有关：
LD： m=
调制电流幅度
偏置电流-阈值电流
LED: m=
调制电流幅度 偏置电流
5
由这两个图可以看出，m大时，调制信号幅度大，但 线性差；m小时。线性好，但调制幅度小，因此要选 择合适的m值。
1.5.1 半导体激光器（LD）直接调制原理
由半导体的激光输出特性图可以看出：
半导体激光器有一个阈值电流It，到驱动电流小于It时，激 光器基本上不发光或只发出微弱的荧光；当驱动电流大于It 时，开始发射激光。
其光谱特性图如图：
输 出 功 率
高于阈值
相
对
强
低于阈值
度Leabharlann 驱动电流波长1
若把调制信号加到激光器上，就可以直接改变激光 器输出光信号的强度。 半导体激光器调制原理示意图：
13
（2）非相干光—相干光转换 在实时处理系统中，可以把写入的非相干光信号转换
成输出的相干光信号。因为实时处理系统的对象往往是 一个实际物体，一般的光学系统只能使它形成一个非相 干图像，但在处理中却要求一个相干图像，以便进行频 域处理或进行基于光干涉的处理等。
IW
空间光调制器的相位调制特性
空间光调制器的相位调制特性作者：贺腾李建强王辉安俊鑫来源：《价值工程》2017年第03期摘要：载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。
本文拟采用杨氏干涉装置，测量其相位调制特性。
具体内容包括搭建杨氏干涉光路，完成数据的采集以及实现干涉条纹的处理，得到相位调制特性。
Abstract： The phase modulation or phase refers to a modulation way in which the carrier phase will proportionally change along with the instantaneous value of the modulated signal to the reference phase deviation value modulation. This paper plans to use Young's interference device to measure the phase modulation characteristic. The specific contents include building Young's interference light path， completing the data collection， and achieving the process of interference fringes， obtaining the phase modulation characteristics.关键词：相位调制；杨氏干涉；干涉条纹Key words： phase modulation；Young's interference；interference fringe中图分类号：TN761 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0120-020 引言空间光调制器是一种对光波的光场分布进行调制的元件，广泛地应用于光信息处理、光束变换、输出显示等诸多应用领域。
11空间光调制器
4. 声光扫描声光扫描器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于调制器是改变衍射光的强度，而扫描器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向。
⑴声光扫描原理从前面的声光布拉格衍射理论分析可知，光束以θi 角入射产生衍射极值应满足布喇格条件：sB n λλθ2sin =，B d i θθθ==。
布喇格角一般很小，可写为 s ss B f v n 22λλλθ=≈ (3.6-5) 故衍射光与入射光间的夹角（偏转角）等于布拉格角θB 的2倍，即 s s B d i f nv λθθθθ==+=2 (3.6-6)可以看出：改变超声波的频率f s ，就可以改变其偏转角θ，从而达到控制光束传播方向的目的。
超声频率改变∆f s 引起光束偏转角的变化为s s f nv ∆=∆λθ (3.6-7)这可用图1及声光波矢关系予以说明。
⑵声光扫描器的主要性能参量声光扫描器的主要性能参量有三个:可分辨点数，它决定描器的容量。
偏转时间τ，其倒数决定扫描器的速度。
衍射效率ηs ，它决定偏转器的效率。
衍射效率前面已经讨论过。
下面主要讨论可分辨点数、扫描速度和工作带宽的衍射光声频为f s 的衍射光k s s 图1 声光描器原理图问题。
可分辨点数N 定义为偏转角∆θ和入射光束本身发散角∆φ之比，即)(w R N λφ∆φ∆θ∆== (3.6-8)式中w 为入射光束的宽度；R 为常数，其值决定于所用光束的性质（均匀光束或高斯光束）和可分辨判据（瑞利判据或可分辨判据）。
上式可以写成s f RN ∆=11τ (3.6-10) τ1N 称为声光扫描器的容量-速度积，它表征单位时间内光束可以指向的可分辨位置的数目。
声光扫描器带宽受两种因素的限制，即受换能器带宽和布喇格带宽的限制。
因为声频改变时，相应的布喇格角也要改变，其变化量为s s B f nv ∆=∆2λθ (3.6-11)因此要求声束和光束具有匹配的发散角。
声光扫描器一般采用准直的平行光束，其发散角很小，所以要求声波的发散角B δθδφ≥。
空间光调制器
第6章空间光调制器6.1概述人们已经认识到，光波作为信息载体具有特别显著的优点。
其一，是光波的频率高达1014Hz以上，比现有的信息载波，如无线电波、微波的频率要高出几个数量级。
因此，它有极大的带宽，或者说具有极大的信息容量。
光纤通信正是以此为基础，得到迅猛发展的。
其二，是光波的并行性。
光波是独立传播的，两束甚至于多束光在空间传播时相遇，可以互不干扰。
这为光信息的多路并行传输和处理提供了可能性。
原有的、以串行输入/输出为基础的各种光调制器已经不能满足光互连、光信息处理的大容量和并行性的要求，能实时的或快速的二维输入、输出的传感器，以及具有运算功能的二维器件便应运而生。
这些器件即为空间光调制器。
它们已经成为光互连、光信息处理、光计算、光学神经网络等技术中最基本的功能器件之一。
本章将介绍几种主要的空间光调制器的原理、结构和特性。
6.1.1空间光调制器的基本结构与分类[6-1~6-4]空间光调制器是由英语的Spatial light Modulator直译过来的，常缩写成SLM。
顾名思义，它是一种能对光波的空间分布进行调制的器件。
空间光调制器能对光波的某种或某些特性(例如相位、振幅或强度、频率、偏振态等)的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制。
换句话说，其输出光信号是随控制（电的或光的）信号变化的空间和时间的函数。
空间光调制器结构的基本特点在于,它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列，这些独立单元可以是物理上分割的小单元，也可以是无物理边界的、连续的整体，只是由于器件材料的分辨率和输入图像或信号的空间分辨率有限，而形成的一个一个小单元。
这些小单元可以独立地接收光学或电学的输入信号，并利用各种物理效应改变自身的光学特性（相位、振幅、强度、频率或偏振态等），从而实现对输入光波的空间调制或变换。
习惯上，把这些小独立单元称为空间光调制器的“像素”，把控制像素的光电信号称为“写入光”，或“写入（电）信号”，把照明整个器件并被调制的输入光波称为“读出光”，经过空间光调制器后出射的光波称为“输出光”。
光束调制的基本原理
光束调制的基本原理
光束调制是一种通过改变光的幅度、频率或相位来传输信息的技术。
它的基本原理是利用调制信号来调整光的强度、频率或相位，以编码所需传输的信息。
在光束调制中，光常常被看作是一系列电磁波，可以用振幅、频率和相位来描述。
振幅调制是最常见的一种调制方式，它通过改变光的强度来携带信息。
具体而言，调制信号被叠加到光源产生的光波上，使得光的强度随时间变化。
接收端可以通过检测光的强度变化来解码传输的信息。
频率调制是另一种常用的调制方式，它通过改变光的频率来传输信息。
调制信号可以改变光的频率，使之在正常频率上方或下方偏移。
接收端可以检测到频率的变化，并解码传输的信息。
相位调制是光束调制中的第三种方式，它通过改变光的相位来传输信息。
调制信号使光的相位发生变化，接收端可以检测到相位的变化并解码信息。
光束调制有许多应用领域。
在通信领域，光束调制用于光纤通信和无线光通信，提供高速、宽带的数据传输能力。
在激光技术中，光束调制用于激光器的调制和控制，以实现精确的输出。
此外，光束调制还在光学传感器、光学成像和光谱分析等领域发挥着重要作用。
总的来说，光束调制利用调制信号来改变光的幅度、频率或相
位，从而传输信息。
它是一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景。
光调制原理
光调制原理光调制是一种利用光信号来传输信息的技术，它在现代通信系统中起着至关重要的作用。
光调制原理是指利用光的特性进行信息传输和处理的基本原理，下面将对光调制原理进行详细介绍。
首先，我们需要了解光的特性。
光是一种电磁波，具有波长和频率。
在光通信中，常用的光波长范围是可见光和红外光，它们具有很高的频率和较短的波长，能够携带大量的信息。
光的特性使得它成为一种理想的信息传输媒介。
在光调制中，我们通常使用调制器来改变光信号的特性，以传输信息。
调制器可以分为两种类型，强度调制和相位调制。
强度调制是通过改变光信号的强度来传输信息，而相位调制则是通过改变光信号的相位来传输信息。
强度调制的原理是利用调制器控制光信号的强度，从而改变光的亮度。
这种方法简单直接，易于实现，但传输速率较低。
相位调制则是通过改变光信号的相位来传输信息，这种方法传输速率较高，但实现起来较为复杂。
在光调制中，我们还需要考虑到光的色散效应和光衰减问题。
色散效应会导致光信号在传输过程中发生频率偏移，影响信息的传输质量。
而光衰减则会使光信号的强度逐渐减弱，降低信息传输的距离和质量。
为了克服这些问题，我们通常会采用光纤作为信息传输的介质。
光纤具有低衰减、高带宽和抗干扰能力强的特点，能够有效地解决光信号传输中的色散和衰减问题。
除了光纤，我们还可以利用光放大器和光调制器等设备来增强光信号的传输性能。
光放大器能够放大光信号，提高传输距离和质量；光调制器则可以实现不同调制方式，满足不同的传输需求。
总的来说，光调制原理是利用光的特性进行信息传输和处理的基本原理。
通过对光的强度和相位进行调制，我们可以实现高速、远距离、高质量的信息传输。
在现代通信系统中，光调制技术已经成为不可或缺的一部分，为人们的生活和工作带来了极大的便利和效益。
光的调制 550nm
光的调制550nm
光的调制是指在光波的幅度、频率或相位上施加一个外部信号，从而改变其特性以适应不同的应用需求。
在550nm波长处进行光调制的方法主要有以下几种：
1. 强度调制：通过改变激光的输出功率来调制信号，通常使用电信号控制光信号的通断。
2. 频率调制：通过改变激光的频率来调制信号，通常使用电信号控制光信号的频率变化。
3. 相位调制：通过改变激光的相位来调制信号，通常使用电信号控制光信号的相位变化。
4. 偏振调制：通过改变激光的偏振状态来调制信号，通常使用电信号控制光信号的偏振状态变化。
在550nm波长处进行光调制的应用包括：光纤通信、光纤传感、光学雷达、光谱分析等。
例如，在光纤通信中，可以使用强度调制器将电信号转换为光信号，然后在光纤中传输。
在光纤传感中，可以使用相位调制器或偏振调制器来检测光纤中的微小变化。
在光学雷达中，可以使用频率调制器或相位调制器来实现高精度的测距和测速。
在光谱分析中，可以使用不同的调制技术来测量不同波长的光信号。
总之，光的调制是一种非常重要的技术，可以在不同的波长处实现不同的调制方式，以满足各种应用的需求。
空间光调制器
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
25
加电场时液晶分子沿电场方向竖起， 原来的扭曲排列变为垂直平行排列， 偏振光与垂直排列的液晶不作用， 透过第一块偏振片的偏振光通过液 晶层时偏振面不再发生旋转，到达 出射端的偏振片时，偏光轴与出射 光的偏振方向垂直，光被截止，呈 现暗态。
如果电场不特别强，液晶分子处于 半竖立状态，旋光作用也处于半完 全状态，则会有部分光透过，呈现 中间灰度。这就是液晶显示器的工 作原理。
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
4
光波荷载信息的特点： 光波频率高，可允许信号本身有很宽的带宽。 光波是独立传播，两束或多束光可以在空间交叉
17
液晶以凝集构造的不同可分成三种： ●向列型（nematic）液晶 ●近晶型（smectic）液晶 ●胆甾醇型（cholesteric）液晶
18
液晶的基本性质
液晶的取向效应 液晶的电光效应
19
液晶的取向效应 液晶具有光学各向异性，沿分子长轴方向上的
折射率不同于沿短轴方向上的折射率。 如果沿分子长轴方向上的折射率大于沿短轴方
当写入信号为电信号时，采用电寻址的方式 通过SLM上两组正交的栅状电极，用逐行扫描的方法，把
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10
控制这些像素光学性质的信号称为“写入信号 （W）”，写入信号可以是电信号也可以是光信号， 射入器件并被调制的光称为“读出光（IR）”，和调 制后的“输出光”的关系为：
写入信号（W）
读出光 （IR）
输出光（IO）
可编辑ppt
11
当写入信号是光信号时，通常表现为一个二维的 光强分布的图像，通过一光学系统成像在空间光调 制器的像素平面上，是入射光的像素与空间光调制 器的像素一一对应，这个过程称为“寻址”。寻址 方式为“光学寻址”。因为寻址时同时完成的，因 此光学寻址是一种“并行寻址方式”。
2.放大功能 当写入光强较弱时，或者在信息处理过程层中图 像信号变弱时，可以采用空间均匀分布的、强度 大的空间光调制器予以增强，即可得到放大了的 输出光相干信号。 3.运算功能 信号倍乘识别大多数空间光调制器的固有性能。 4.阈值操作功能
可编辑ppt
16
利用器件的阈值特性，可以把连续变化的写入信 号变换成若干分立的“值”输出，最简单的操作 是把写入信号量化为“0”和“1”两种输出。给 一个阈值，当写入信号大于阈值时输出为“1”， 小于时输出为“0”，这种操作称为阈值操作， 空间调制器可以看作是非线性光开关的二维阵列。
LD： m=
调制电流幅度
偏置电流-阈值电流
LED:t
6
由这两个图可以看出，m大时，调制信号幅度大，但 线性差；m小时。线性好，但调制幅度小，因此要选 择合适的m值。
可编辑ppt
7
1.5.3 半导体光源的PCM调制
数字调制是二进制数字信 号“1”码和’0”码对光源发 出的光载波进行调制。 1、先将连续的模拟信号通 过“抽样”变换成一组调幅
可编辑ppt
18
工作原理： 当在透明电极上加上工 作电压而无光照时，晶 体的光学性质并不发生 变化，因为此时大部分 电压降到光敏层。
1.5 直接调制
直接调制就是要把传递的信息转变为电流信号注入 半导体光源，从而获得已调制的信号。由于它是在光源 内部进行的，因此又叫内调制。 优点：简便高效率、高速调制 根据调制信号的类型，可分为以下两种：
模拟调制：用连续模拟信号直接对光强度进行调制
数字调制：用脉冲编码的数字信号对光源进行强度 调制
可编辑ppt
1
1.5.1 半导体激光器（LD）直接调制原理
由半导体的激光输出特性图可以看出：
半导体激光器有一个阈值电流It，到驱动电流小于It时，激 光器基本上不发光或只发出微弱的荧光；当驱动电流大于It 时，开始发射激光。
其光谱特性图如图：
输 出 功 率
高于阈值
相
对
强
低于阈值
度
驱动电流
波长
可编辑ppt
读出光通过调制器时，其光学参量就受到空间光 调制器个像素的调制，输出一束具有新的光学参量 空间分布的输出光。
可编辑ppt
12
这种方式主要用于光—光转换器件，这种器件 可以用于光学信息处理和光计算机进行图像转换、 显示、存储和滤波。
当写入信号是电信号时，采用电学寻址方式， 主要用于电—光实时接口器件。优点：直接利用 电信号控制输出光的振幅或相位。
的脉冲序列；
2、通过“量化”、“编码”过程，形成一组等幅度、等宽带的
矩形脉冲作为“码元”；
3、将PCM数字信号对光源进可行编辑强ppt 度调制。
8
数字光通信的优点： 1、数字光信号在信道传输过程中引进的噪声和 失真，可采用简介中继器的方式去掉，抗干扰能 力强； 2、线性要求不高，可充分利用光源的发光功率； 3、数字光通信便于和PVM电话终端、PCM数字 彩色电视机终端和计算机连接，从而组成一个综 合性系统。
可编辑ppt
13
1.6.2 空间光调制器的基本功能
1.变换器功能 （1）电—光转换和串行—并行转换。 例如：待处理的信息来自摄影机或计算机模拟信号，他往 往是一个随时间变化的电信号，为了把该信号输入到光学 系统中去，就要用空间光调制器，一方面把按时间先后串 行的电信号，转换成一个在空间以一维或二维阵列形式排 列的控制信号，另一方面又把阵列中每个像素上的控制信 号转换成能调制读出光的光学性质的变化。
空间光调制器还有短时存储、光学限幅、波面 回复等功能。
可编辑ppt
17
1.6.3 几种典型的空间光调制器
1、泡克尔斯读出光调制器（PROM） 为了满足实时处理的要求，陆续出现了多种结构
原理的器件，其中以硅酸铋（简写为BSO）晶体材 料制成的空间光调制器的倒了较快的发展。BSO不 但具有光电效应，而且还具有线性电光效应，半波 电压较低，BSO-PROM空间光调制器的结构示意图如 图：
2
若把调制信号加到激光器上，就可以直接改变激光 器输出光信号的强度。 半导体激光器调制原理示意图：
直流
半导体
偏置
激光器
调制
信号
可编辑ppt
3
由输出光功率与调制信号的关系曲线图可知： 为了获得线性调制，使
工作点处于输出特性曲线 的输出部分我们需要在加 调制信号的同时加以适当 的偏置电流，使输出的光 信号不失真。偏置电流不 宜偏大，会使激光器的消 光比变坏。
可编辑ppt
14
（2）非相干光—相干光转换 在实时处理系统中，可以把写入的非相干光信号转换
成输出的相干光信号。因为实时处理系统的对象往往是 一个实际物体，一般的光学系统只能使它形成一个非相 干图像，但在处理中却要求一个相干图像，以便进行频 域处理或进行基于光干涉的处理等。
IW
IR
IO
可编辑ppt
15
可编辑ppt
9
1.6 空间光调制器
1.6.1 空间光调制器的概念
空间光调制器，是一种对光波的空间分布进行调 制的器件。空间光调制器含有独立单元即像素，它 们在空间排列成一维或二维阵列，每个像素都可以 独立的接受光信号或电信号的控制，并按此次弄好 改变自身的光学性质，从而对通过他的光波进行调 制。
可编辑ppt
可编辑ppt
4
当激光频率很高时，调制电路要用高通滤波 电路来实现，此时会产生畸变。为了不产生调 制畸变，要求输出功率要与阈值以上的电流呈 良好的线性关系；为了尽量不出现驰豫振荡， 应采用条宽较窄的激光器结构。
可编辑ppt
5
1.5.2 半导体光源的模拟调制
无论是使用LD或LED作为光源，都要施加偏置电流Ib， 使工作点处于LD后LED的线性工作区。调制线性好坏与 调制深度m有关：