第六讲光束调制原理
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3.1 光束调制原理
解调?
38
一、基本概念
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。其中激光称为载波； 起控制作用的低频信息称为调制信号（需要调制的信息需转化为电信 号）。
37
一、基本概念
激光光波的电场强度是：
E c ( t ) A c cos( c t c )
Ac 振幅
c 角频率
25
二、振幅调制
E(t ) Ac cos(ct c ) ma Ac cos(c m )t c ma Ac cos(c m )t c 2 2
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。 调幅波的频谱是由三个频率成分组成的 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 。
m p k p Am
(强度调制系数)
A c2 I (t ) 1 m p cos m t 2
cos 2 ( c t c )
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。
14
四、强度调制
当mp <1时， 时
I0 1 mp sin mt I0 波形不失真 2
《光电子技术 光电子技术》 》
Photoelectronic Technique
光束调制原 光束调制原理
主讲：周自刚 助教：范宗学 助教：范宗学
激光化 光源 传输 波导化
电子化 调制
41
你是光电工程师会做什么?
电光调制器 1 1875年，英国 1.1875 年 英国Kerr发现电光效应Kerr效应， 效应 Kerr盒是可做成电光调制器； 2.用KDP（磷酸二氢钾）晶体在电场作用双折射效应制电光调制器； 电光调制器 3.用Pokels（泡克尔斯）效应制电光调制器； 电光调制器 4. .用超声波作用介质折射率周期变化声光效应制声光调制器； 声光调制器 5.用Faraday（法拉第效应）制磁光调制器。 磁光调制器
华中科技大学激光原理课件--第6讲 高斯光束的传输变换
• 将上面两式与光线矩阵相比较可以得到球面 波的传播规律： 波的传播规律：
AR1( z ) + B R 2( z ) = CR1( z ) + D
6.2 高斯光束通过薄透镜的传输
• 高斯光束q参数的变换规律 高斯光束q
– 高斯光束在近轴部分可以看作一系列非均匀、曲率中心不断改变 高斯光束在近轴部分可以看作一系列非均匀、 的球面波，也具有类似于普通球面波的曲率半径R的参数， 的球面波，也具有类似于普通球面波的曲率半径R的参数，即q参 数： πω 20 2 R( z ) = z 1 + λz 1 1 λ = −i 2 其中 2 q ( z ) R( z ) πω ( z ) ω 2( z ) = ω 2 1 + λ z 0 2 πω 0
πω 20 q( z ) = i + z = q0 + z – 通过整理q的表达式可以得到： 通过整理q的表达式可以得到： λ
– 可以得到通过长度为L的均匀介质后的q参数为： 可以得到通过长度为L的均匀介质后的q参数为：
q 2( z ) = q1( z ) + ( z 2 − z1) = q1( z ) + L
(1)
= − – 代入到(1)式中，并且比较实部与虚部得到： ω 2 = ω1; 代入到(1)式中 并且比较实部与虚部得到： 式中， R 2 R1 F – 上面的第一个公式表明薄透镜两面的高斯光束光斑半径相同，这与薄透 上面的第一个公式表明薄透镜两面的高斯光束光斑半径相同， 镜的特性是一致的； 镜的特性是一致的；第二个公式表明薄透镜两面等相位面的曲率半径满 足成像公式，即球面中心是关于该透镜的共轭像点， 足成像公式，即球面中心是关于该透镜的共轭像点，这与薄透镜对球面 波成像的规律是一致的。 波成像的规律是一致的。
第六讲 激光技术一： 激光调制
kdp14纵向电光幅度调制20相位差轴上的电场强度得到轴方向的电压21在晶体的入射表面上入射光场平行于x与电致双折射45角所以在这两个方向上存在相等的同相位分量可表示为kdp1422从出射表面得到的kdp1423电光晶体的透过率由前面即对于某一波长的激光其透过率t与外加电压成正弦平方关系
第六讲 激光技术一:激光调制
（三）光信号的频率调制（FM）
频率调制 —— 光信号的频率按照调制信号发生变化。
频率调制的光信号可写为
E t E 0 co 0 k fs ft ] t { 0 } [
设 f (t)为单频信号，即
ftaco sts
则调频光信号可写为
E t E 0 co 0 t 0 s M f[ ss i t ]n
19
相位差 其中
2 n y ' n x 'l n x ' n o 1 2 n o 36E 3 z
( 1 )
( 2 a )
n y ' n o 1 2 n o 36E 3 z
(2 b )
no —— KDP晶体中寻常光 (o光) 的折射率 Ez —— 外加在 z 轴上的电场强度
得到 2n o 36 l3 z E 2n o 36 U 3 ( 3 )
3
1970年，异质结半导体Laser， 真空紫外分子Laser；
而 后，高气压气体Laser，气动Laser， 高功率化学Laser, 准分子Laser， 自由电子Laser等。
至今已有几千种Laser。不断改进其性能，提高其 效率和功率、压缩其脉冲宽度以及改变输出频率 等(以适应各种应用和科学研究的需要)，是研究 Laser的重要内容之一。
U 是加在 z 轴方向的电压 20
在晶体的入射表面上，入射光场平行于 x，与电致双折射 轴 x’ 和 y’ 均成 45°角，所以在这两个方向上存在相等的 同相位分量，可表示为
第六讲 激光技术一:激光调制
（三）光信号的频率调制（FM）
频率调制 —— 光信号的频率按照调制信号发生变化。
频率调制的光信号可写为
E t E 0 co 0 k fs ft ] t { 0 } [
设 f (t)为单频信号，即
ftaco sts
则调频光信号可写为
E t E 0 co 0 t 0 s M f[ ss i t ]n
19
相位差 其中
2 n y ' n x 'l n x ' n o 1 2 n o 36E 3 z
( 1 )
( 2 a )
n y ' n o 1 2 n o 36E 3 z
(2 b )
no —— KDP晶体中寻常光 (o光) 的折射率 Ez —— 外加在 z 轴上的电场强度
得到 2n o 36 l3 z E 2n o 36 U 3 ( 3 )
3
1970年，异质结半导体Laser， 真空紫外分子Laser；
而 后，高气压气体Laser，气动Laser， 高功率化学Laser, 准分子Laser， 自由电子Laser等。
至今已有几千种Laser。不断改进其性能，提高其 效率和功率、压缩其脉冲宽度以及改变输出频率 等(以适应各种应用和科学研究的需要)，是研究 Laser的重要内容之一。
U 是加在 z 轴方向的电压 20
在晶体的入射表面上，入射光场平行于 x，与电致双折射 轴 x’ 和 y’ 均成 45°角，所以在这两个方向上存在相等的 同相位分量，可表示为
光束的调制和扫描赣南师范大学课件
高分辨率扫描
通过精细控制光束的扫描轨迹， 实现高分辨率信息的获取，常 用于科学研究和技术检测。
扫描的应用
光学信息处理
利用光束扫描技术对光学信息进行获 取、传输和处理。
02
激光雷达
通过光束扫描实现对目标物体的距离 和形状的测量。
01
03
医学影像
利用光束扫描技术获取人体内部结构 的三维图像。
智能感知
通过光束扫描技术实现对环境的感知 和识别，如人脸识别、物体识别等。
按调制方式分类
直接调制和间接调制。直接调制是指 直接改变激光器的输出光束的参数， 间接调制是指利用外部物理效应改变 光束参数实现调制。
02
光束扫描的基本概念
扫描的原理和分类
扫描的原理
光束扫描是指通过控制光束的位置或方向，使其按照特定的轨迹移动，以达到对 目标进行扫描的目的。
扫描的分类
根据光束的扫描方式，可以分为机械扫描和电扫描。机械扫描是通过物理方式（ 如旋转或摆动）改变光束的方向，而电扫描则是通过改变电场或磁场来控制光束 的传播方向。
05
04
高速通信
利用高速光束扫描技术实现高速数据 传输和信号处理。
机械调制
定义
应用
机械调制是利用机械作用来改变光束 的参数，如振幅、相位、频率等。
在光通信、光学仪器等领域有广泛应 用。
分类
根据调制原理，可1
02
03
定义
光学调制是利用光学元件 （如偏振片、光栅等）来 改变光束的参数。
扫描的方式和特点
区域扫描
光束在一个区域内进行扫描， 可以用于二维信息的获取或输 出，如电视屏幕的扫描。
高速扫描
快速移动光束以获取高速动态 信息，常用于高速运动目标的 跟踪和识别。
第六讲 光束调制原理
c t k f a(t )dt c c t k f ( Am cos m t )dt c c t m f sin m t c
mf 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 )
c. 比内调的调制速率高（约一个数量级）。
缺 点： 调制效率低。 激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及调强等。
24
二、振幅调制
振幅调制就是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如： Ec (t ) Ac cos(c t c )
如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： a(t ) Am cosm t
E (t ) Ac cos( c t c ) k Ac cos( c m )t c 2 k Ac cos( c m )t c 2
k Am Ac
称为调幅比例系数。
22
二、振幅调制 知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。 振幅的最大值
11
三、角度调制
E (t ) 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 ] n1
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 J n (m) , 各 边频幅度的大小 m由贝塞尔函数决定。
Amax Ac kAm Amin Ac kAm
振幅的最小值
mf 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 )
c. 比内调的调制速率高（约一个数量级）。
缺 点： 调制效率低。 激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及调强等。
24
二、振幅调制
振幅调制就是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如： Ec (t ) Ac cos(c t c )
如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： a(t ) Am cosm t
E (t ) Ac cos( c t c ) k Ac cos( c m )t c 2 k Ac cos( c m )t c 2
k Am Ac
称为调幅比例系数。
22
二、振幅调制 知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。 振幅的最大值
11
三、角度调制
E (t ) 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 ] n1
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 J n (m) , 各 边频幅度的大小 m由贝塞尔函数决定。
Amax Ac kAm Amin Ac kAm
振幅的最小值
光束的调制和扫描
共24页 5 24页
UP
DOWN
BACK
3.5直接调制 直接调制
光纤 激光源 光信号输出 驱动器
直接调制是把要传递的信息转 变为电流信号注入半导体光源（激 变为电流信号注入半导体光源（ 光二极管LD或半导体发光二极管 光二极管 或半导体发光二极管 LED），从而获得调制光信号。由电信号 ），从而获得调制光信号 ），从而获得调制光信号。 于它是在光源内部进行的， 于它是在光源内部进行的，因此又 输入 称为内调制。 称为内调制。
Pout
Pout
t O Ib ID t I
O
I
(a)
t
(b)
数字调制特性； 数字调制特性 (a) 加Ib后LD数字调制特性；(b) LED数字调制特性 数字调制特性 数字调制特性
线性矩形调制
共24页 14 24页
UP
DOWN
BACK
调制器及波形
数字调制是用二进制数字信号“ 和 数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”码对光源发 码对光源发 出的光波进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制， 出的光波进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制， 即先将连续的模拟信号通过“抽样” 即先将连续的模拟信号通过“抽样”变成一组调幅的脉冲 序列，再经过“量化” 编码”过程，形成一组等幅度、 序列，再经过“量化”和“编码”过程，形成一组等幅度、 等宽度的矩形脉冲作为“码元” 等宽度的矩形脉冲作为“码元”，结果将连续的模拟信号 变成了脉冲编码数字信号。然后， 变成了脉冲编码数字信号。然后，再用脉冲编码数字信号 对光源进行强度调制
共2CK
蛇形磁场变化的周期为
2π T= ∆β
∆β：TE模和 模传播常数之差。 模和TM模传播常数之差 模传播常数之差。 模和 可将输入TM模的（λ=1.52µm）52%的功率转换到 模的（ 可将输入 模的 ） 的功率转换到 TE模上去。磁光波导模式转换调制器的输出耦合器一般 模上去。 模上去 使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的TE和 模 使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的 和TM模 分成两条光束。 分成两条光束。
光电系统光束调制原理总结
1. 光束调制原理：解决将信息加载到激光上的问题，完成这一过程的装置称为调制器激光称为载波，起控制作用的低频信号称为调制信号2. 内调制：加载信号在激光振荡过程中进行，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。
外调制：激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制3. 若调制信号的时间余弦函数为光波成为调幅波 4. 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，因为都表现为总相角的变化，因此统称为角度调制。
频率调制：角频率ω c 不再是常数，而是随调制信号变化5. 强度调制：使光载波的强度（光强）随调制信号规律变化，光束调制多采用强度调制形式，因为接收器一般都是直接响应光强变化。
光强表达式： 6. 前三种调制属于模拟调制，得到的调制波都是连续振荡波。
脉冲调制﹑脉冲编码调制采用不连续状态进行调制。
脉冲调制：先用模拟调制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，使之成为已调制脉冲序列。
然后用这电脉冲序列对光载波进行强度调制，得到相应变化的光脉冲序列7. 脉冲编码调制：把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光波进行强度调制。
实现调制的三个过程： 1.抽样2.量化3.编码：8. 强度调制的特点：能够实现线性解调；使用中极易实现（如对光源进行调制）。
9. 振幅(强度)调制的干扰问题：振幅调制和强度调制有一个共同点——易受干扰，如光源的波动，光信道的漂移等因素均可带来光强的变化，使信号受到干扰。
故强度调制一般用在精度要求不高的场合。
10. 电光调制：电光效应——某些介质的折射率在外加电场的作用下，由于极化现象而出现光学性能的改变，影响到光波在晶体中传播特性的一种现象。
电光效应的实质——在光11. 12. 纵向电光调制： a 、装置的结构简单，工作稳定，不会受到自然双折射的影响，b 、缺点是半波电压太高，高压电源的制作困难。
光调制器的基本原理
光调制器的基本原理
光调制器的基本原理
光调制器的基本原理
光调制器，用于控制光的强度，分类电光、热光、声光、全光，基本理论电光效应等。
光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。
光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。
其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用最为广泛的调制器。
在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度，其作用是非常重要的。
?
光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括去背景信号、去噪。
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。
光束调制原理
23
二、振幅调制
其调幅波的表达式为：
E ( t ) A c 1 m a cm o t cs o c t c ) s(
利用三角公式：
c o cs o s 1 co s ) (co s )( 2
得：
E(t)A ccos ct (c)k 2A cco ( scm)tc k 2A cco ( scm)tc
光发调制（内调制）
27
一、基本概念
内调制
优 点：调制效率高。 缺 点：
a.由于调制器放在腔内，等于增加腔 内的损耗,降低了输出功率。
b.调制器带宽受到谐振腔通带的限制
26
一、基本概念
外调制
指激光形成之后，在激光器外的光路
电信号输入
上放置调制器，用调制信号改变调制器 激光源 的物理特性，当激光通过调制器时，就
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。
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 。
Ac
调
m a Ac 2
m a Ac
2
幅
c m
c
c m
波
频
2 m
谱
17
三、角度调制
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。
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。
30
一、基本概念
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。 其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制 信号（需要调制的信息需转化为电信号）。
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对调制系数m的要求： m<1，保证调制信号在传输过程中
不畸变。 m≥1时，使调制信号失真。
19
二、振幅调制
E (t)A ccoc st (c)m 2aA cco (s cm )tc m 2aA cco (s cm )tc
18
二、振幅调制
E ( t ) A c cc t o c ) m 2 a s A c c ( c o m ) t s c m 2 a A c c ( c o m ) t c s
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。
30
一、基本概念
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。 其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制 信号（需要调制的信息需转化为电信号）。
两项按贝塞尔函数展开：
co m ssi( m n t) J 0 (m ) 2 J 2 n (m )co 2 n s m t) ( n 1
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。
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 。
Ac
调
m a Ac 2
m a Ac
2
幅
c m
c
c m
波
频
2 m
谱
17
三、角度调制
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。
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
第六讲 光束调制原理
激光化 光源
传输 波导化
电子化 调制
本讲主要内容
一、基本概念 二、振幅调制 三、角度调制 四、强度调制 五、脉冲调制
31
一、基本概念
激光是一种频率更高的电磁波，它具有单色性好、 光发散角小、时间 和空作为传递信息的载波。
( t)c t c k a ( t)c t c k A m co m t s
则调相波的表达式为：
E ( t) A cco c t s m c ( o m t sc )
m k Am称为调相系数。
14
三、角度调制
由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此统一的形式
E ( t ) A c c c o t m s sm i t n c
29
一、基本概念
激光光波的电场强度是：
E c ( t) A ccoc ts ( c )
Ac 振幅
c 角频率 c 相位角
调制器与激光器的相对关系可分为：内调制和外调制
28
一、基本概念
内调制
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。
利用 co ) s c (o co s ss isn in
进一步得到：
E (t)A cco cts (c)co m ssi( n m t) si n ct (c)sim ns(i n m t)
13
三、角度调制
将式中 co m ss im ( n t) 和 si m s ni( m n t)
振幅的最大值 Ama x AckA m 振幅的最小值 AminAc kA m
振幅的最大增量 AA ma x A cA cA min
m A Ac
AkAm
m kA m Ac
m主要由k，Am决定(振幅比例系数k和调制信号的振幅Am)
20
二、振幅调制
知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
振幅调制就是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如： E c(t)A ccocts (c) 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： a(t)A mco m st
Am 和 ωm 分别是调制信号的振幅和角频率。 当进行光振幅调制时，激光振幅 Ac 不再是常量，而是与调制信号成正比。
光发调制（内调制）
27
一、基本概念
内调制
优 点：调制效率高。 缺 点：
a.由于调制器放在腔内，等于增加腔 内的损耗,降低了输出功率。
b.调制器带宽受到谐振腔通带的限制
26
一、基本概念
外调制
指激光形成之后，在激光器外的光路
电信号输入
上放置调制器，用调制信号改变调制器 激光源 的物理特性，当激光通过调制器时，就
调制器
会使光波的某参量受到调制。
驱动和控制
光纤 光信号输出
25
一、基本概念
优 点：
外调制
a.使用方便，不影响激光器的输出功率；
b.调制器的带宽不受谐振腔通带的限制；
c.比内调的调制速率高（约一个数量级）。
缺 点：
调制效率低。
激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及调强等。
24
二、振幅调制
kAm Ac 称为调幅比例系数。
22
二、振幅调制 知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
振幅的最大值 Ama x AckA m 振幅的最小值 AminAc kA m
振幅的最大增量 AA ma x A cA cA min
21
二、振幅调制
知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
Ａ、对于调频而言
E c(t) A ccoc ts (c)
ωc 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
( t)c ( t)c k fa ( t)
16
三、角度调制
若调制信号是余弦函数，则调频波总相角为：
(t)(t)dtcckfa(t)dtc
ct kfa(t)dtcct kf(Amcom st)dtc
23
二、振幅调制
其调幅波的表达式为：
E ( t ) A c 1 m a cm o t cs o c t c ) s(
利用三角公式：
c o cs o s 1 co s ) (co s )( 2
得：
E(t)A ccos ct (c)k 2A cco ( scm)tc k 2A cco ( scm)tc
ctmf si nmtc
mf
kf 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) A c co c t s m fs ( im tn c )
15
三、角度调制
Ｂ、对于调相而言， E c(t) A ccoc ts (c)
c 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
不畸变。 m≥1时，使调制信号失真。
19
二、振幅调制
E (t)A ccoc st (c)m 2aA cco (s cm )tc m 2aA cco (s cm )tc
18
二、振幅调制
E ( t ) A c cc t o c ) m 2 a s A c c ( c o m ) t s c m 2 a A c c ( c o m ) t c s
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。
30
一、基本概念
完成这一过程的装置称为调制器(Modulator）。 其中激光称为载波；起控制作用的低频信息称为调制 信号（需要调制的信息需转化为电信号）。
两项按贝塞尔函数展开：
co m ssi( m n t) J 0 (m ) 2 J 2 n (m )co 2 n s m t) ( n 1
调幅波的频谱是由三个频率成分组成的。
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 。
Ac
调
m a Ac 2
m a Ac
2
幅
c m
c
c m
波
频
2 m
谱
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三、角度调制
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。
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
第六讲 光束调制原理
激光化 光源
传输 波导化
电子化 调制
本讲主要内容
一、基本概念 二、振幅调制 三、角度调制 四、强度调制 五、脉冲调制
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一、基本概念
激光是一种频率更高的电磁波，它具有单色性好、 光发散角小、时间 和空作为传递信息的载波。
( t)c t c k a ( t)c t c k A m co m t s
则调相波的表达式为：
E ( t) A cco c t s m c ( o m t sc )
m k Am称为调相系数。
14
三、角度调制
由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此统一的形式
E ( t ) A c c c o t m s sm i t n c
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一、基本概念
激光光波的电场强度是：
E c ( t) A ccoc ts ( c )
Ac 振幅
c 角频率 c 相位角
调制器与激光器的相对关系可分为：内调制和外调制
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一、基本概念
内调制
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。
利用 co ) s c (o co s ss isn in
进一步得到：
E (t)A cco cts (c)co m ssi( n m t) si n ct (c)sim ns(i n m t)
13
三、角度调制
将式中 co m ss im ( n t) 和 si m s ni( m n t)
振幅的最大值 Ama x AckA m 振幅的最小值 AminAc kA m
振幅的最大增量 AA ma x A cA cA min
m A Ac
AkAm
m kA m Ac
m主要由k，Am决定(振幅比例系数k和调制信号的振幅Am)
20
二、振幅调制
知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
振幅调制就是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如： E c(t)A ccocts (c) 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： a(t)A mco m st
Am 和 ωm 分别是调制信号的振幅和角频率。 当进行光振幅调制时，激光振幅 Ac 不再是常量，而是与调制信号成正比。
光发调制（内调制）
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一、基本概念
内调制
优 点：调制效率高。 缺 点：
a.由于调制器放在腔内，等于增加腔 内的损耗,降低了输出功率。
b.调制器带宽受到谐振腔通带的限制
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一、基本概念
外调制
指激光形成之后，在激光器外的光路
电信号输入
上放置调制器，用调制信号改变调制器 激光源 的物理特性，当激光通过调制器时，就
调制器
会使光波的某参量受到调制。
驱动和控制
光纤 光信号输出
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一、基本概念
优 点：
外调制
a.使用方便，不影响激光器的输出功率；
b.调制器的带宽不受谐振腔通带的限制；
c.比内调的调制速率高（约一个数量级）。
缺 点：
调制效率低。
激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及调强等。
24
二、振幅调制
kAm Ac 称为调幅比例系数。
22
二、振幅调制 知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
振幅的最大值 Ama x AckA m 振幅的最小值 AminAc kA m
振幅的最大增量 AA ma x A cA cA min
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二、振幅调制
知识延展
调制系数：振幅的最大增量与振幅的平均值之比。
Ａ、对于调频而言
E c(t) A ccoc ts (c)
ωc 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：
( t)c ( t)c k fa ( t)
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三、角度调制
若调制信号是余弦函数，则调频波总相角为：
(t)(t)dtcckfa(t)dtc
ct kfa(t)dtcct kf(Amcom st)dtc
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二、振幅调制
其调幅波的表达式为：
E ( t ) A c 1 m a cm o t cs o c t c ) s(
利用三角公式：
c o cs o s 1 co s ) (co s )( 2
得：
E(t)A ccos ct (c)k 2A cco ( scm)tc k 2A cco ( scm)tc
ctmf si nmtc
mf
kf 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) A c co c t s m fs ( im tn c )
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三、角度调制
Ｂ、对于调相而言， E c(t) A ccoc ts (c)
c 不再是常数，而是随调制信号而变化，即：