光源和光的调制
源与光纤的耦合
6.5 光接收机噪声分析
1 数字光纤通信系统的信号变换特点 在数字光纤通信系统中，传输的是由
“0”和“1”组成的二进制光脉冲信号， 这是一种单极性码，即光功率在“接 通”(“1”码)和“断开”(“0”码)两个电平 上变动。
按照“1”码时码元周期T的大小，分 为 归 零 码 (RZ 码 ) 与 非 归 零 码 (NRZ 码 ) 两 种。
(1) 光电检测器 一般采用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管，
它们性能的优劣直接影响整个光接收机的性能 (2) 光电检测器输出的光电流是十分微弱的，需要
多级放大器进行放大，多级放大器的前级为前 置放大器。
一台性能优良的光接收机，应具有无失真地检 测和恢复微弱信号的能力，这首先要求其前端 应有低噪声，高灵敏度和足够的带宽。
包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性 (3)输出特性
2 光发射机的组成
目前使用的光发射机大多数是直接调制 的光发射机，它的原理如图6-3-1所示。
3 输入电路
输入电路由图6-3-3所示电路组成
6.4光接收机
1 光接收机的组成
光接收机的作用是把接收来的光信号转 变为原来的电信号，它的性能的优劣直 接影响整个光纤通信系统的性能。
6.2 光调制
要实现光纤通信，首先要解决的问题是 如何将电信号加载到光源的发射光束上， 即需要进行光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可分为： 直接调制和间接调制。
1 光源的直接调制
直接调制就是将调制信号直接作用在光源上， 把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或 LED，获得相应的光信号。这种方法调制的是 光源的发光强度调制(IM)。
6.1光源与光纤的耦合
从光源发射出来的光功率尽可能多地 送入光纤中传输，这就是光源与光纤的
光调制器原理
光调制器原理
光调制器是一种能够控制光信号传输的重要器件，它在光通信、光传感和光信息处理等领域有着广泛的应用。
光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等，下面将对这些原理进行详细介绍。
首先，电光效应是光调制器中最常见的原理之一。
它利用外加电场改变介质的折射率，从而实现光信号的调制。
当在介质中施加电场时，介质的折射率会发生变化，进而改变光的传播速度和相位，从而实现光信号的调制。
电光效应广泛应用于各种类型的光调制器中，如电吸收调制器和电光调制器等。
其次，光学相位调制是另一种常见的光调制器原理。
它通过改变光波的相位来实现光信号的调制。
光学相位调制通常通过在光路中引入相位调制器来实现，其中最常见的原理是利用电光效应或者电声光效应来改变光波的相位，从而实现光信号的调制。
光学相位调制器具有调制速度快、带宽宽等优点，在光通信系统中有着重要的应用。
最后，强子隧道效应也是一种重要的光调制器原理。
它利用外加电场改变半导体中的载流子浓度，从而改变半导体的折射率，实现光信号的调制。
强子隧道效应在半导体光调制器中有着重要的应用，尤其是在高速光通信系统中，其调制速度和调制深度均能满足系统的要求。
综上所述，光调制器的原理主要包括电光效应、光学相位调制和强子隧道效应等。
这些原理在光通信、光传感和光信息处理等领域有着重要的应用，为光学器件的发展提供了重要的技术支持。
随着光电子技术的不断发展，相信光调制器在未来会有更加广泛的应用。
光源的外调制工作原理
光源的外调制工作原理
光源的外调制是指通过外部控制信号来改变光源的亮度、颜色、频率等特性的一种技术。
其工作原理可以分为两种方式：模拟调制
和数字调制。
模拟调制是指通过改变信号的幅度、频率、相位等参数来改变
光源的特性。
其中，幅度调制是指通过改变信号的电压或电流大小
来改变光源的亮度；频率调制是指通过改变信号的频率来改变光源
的颜色；相位调制是指通过改变信号的相位来改变光源的相位。
数字调制是指通过数字信号处理技术来改变光源的特性。
其中，脉宽调制是指通过控制数字信号的高低电平来改变光源的亮度；频
率调制是指通过改变数字信号的频率来改变光源的颜色；相位调制
是指通过改变数字信号的相位来改变光源的相位。
无论是模拟调制还是数字调制，其基本原理都是通过改变控制
信号来改变光源的特性。
这种外调制技术在光通信、光传感、光显
示等领域都有广泛的应用。
信息光学中的光源的调制及解调技术
信息光学中的光源的调制及解调技术信息光学是一门研究利用光进行信息传输、处理和存储的学科。
在信息光学中，光源的调制及解调技术是至关重要的一部分，它主要解决如何将信息有效地转换为光信号以及如何从光信号中提取出有效信息的问题。
一、光源的调制技术光源的调制技术是指如何将模拟或数字信息转换为光信号的过程。
光源的调制技术包括强度调制、频率调制和相位调制等几种常见的技术。
1. 强度调制强度调制是最常用的光源调制技术之一。
它通过改变光源的光强来传递信息。
在强度调制中，信号的高低对应着光源的亮度的变化。
一种常见的强度调制技术是脉冲振幅调制（PAM），它通过调整光的脉冲振幅来表示信息。
2. 频率调制频率调制是光源调制中的另一种常见技术。
它通过改变光源的频率来传递信息。
在频率调制中，信号的高低对应着光的频率的变化。
频率调制的一种常见技术是脉冲频率调制（PFM），它通过改变脉冲的频率来传递信息。
3. 相位调制相位调制是一种将信息转换为光信号的常见技术。
它通过改变光源的相位来传递信息。
在相位调制中，信号的高低对应着光的相位的变化。
相位调制的一种常见技术是二进制相移键控（BPSK），它通过改变光的相位来表示二进制信息。
二、光源的解调技术光源的解调技术是指如何从光信号中提取出有效信息的过程。
光源的解调技术也包括强度解调、频率解调和相位解调等几种常见的技术。
1. 强度解调强度解调是从强度调制光信号中提取信息的一种常见技术。
它通过对光信号的强度进行测量来还原原始信息。
在强度解调中，常用的技术包括光电二极管和光敏电阻等。
2. 频率解调频率解调是从频率调制光信号中提取信息的一种常见技术。
它通过测量光信号的频率来还原原始信息。
在频率解调中，常用的技术包括光谱分析和带通滤波等。
3. 相位解调相位解调是从相位调制光信号中提取信息的一种常见技术。
它通过测量光信号的相位来还原原始信息。
在相位解调中，常用的技术包括相位比较器和相位锁定环等。
综上所述，信息光学中的光源的调制及解调技术在光通信、光存储和光计算等领域具有重要应用。
各种光源调光原理
各种光源调光原理光源调光是指通过控制光源的亮度、颜色和光照角度等参数，对光线进行调整以满足不同场景需求的一种技术。
光源调光原理的实现方式很多，下面将介绍几种常见的光源调光原理。
一、脉宽调制（PWM）调光原理脉宽调制是通过调整电流或电压的脉冲宽度来控制光源亮度的一种调光原理。
在脉宽调制中，光源被迅速开关，快速的开关频率让人眼无法察觉到，只感觉到一个平滑的调光过程。
通过调整开关时间和关闭时间的比例，可以控制光源亮度的大小。
脉宽调制调光原理适用于各种类型的光源，包括LED灯、荧光灯等。
二、恒流驱动调光原理恒流驱动是通过保证流过光源的电流恒定来控制光源亮度的一种调光原理。
将光源连接到一个恒流驱动电源上，通过调整电流的大小来改变光源的亮度。
恒流驱动调光原理适用于LED灯等电子光源，优点是可以在较宽的电流范围内实现平滑的调光效果。
三、电压调光原理电压调光是通过调整光源所接收到的电压来控制光源亮度的一种调光原理。
通过改变电压大小可以改变电流的大小，从而改变光源的亮度。
电压调光原理适用于一些传统的光源，如白炽灯、卤素灯等。
四、三原色混合调光原理三原色混合调光是通过控制红、绿、蓝三种色光的亮度和混合比例来控制光源的颜色和亮度的一种调光原理。
通常采用RGB（红、绿、蓝）三原色调光方案，通过改变红、绿、蓝光的亮度来调整光源的颜色和亮度。
三原色混合调光原理常用于彩色LED灯、舞台灯光等场景。
五、色温调光原理色温调光是通过控制光源发出的光线的色温来调整光源的颜色和亮度。
色温是指光源发出的光线呈现出的颜色特点，一般以开尔文（K）为单位表示。
较低的色温（2700-3500K）呈现暖黄色的光线，较高的色温（5000-6500K）呈现冷白色或蓝色的光线。
通过改变光源的色温可以改变光源的颜色和亮度。
光源调光的原理多种多样，不同的光源调光原理适用于不同的场景和需求。
通过合理选择光源调光方案，可以实现对光线亮度、颜色和方向的精确控制，满足各种不同的光照需求。
光源的调制——精选推荐
光源的调制 在光纤通信系统中怎样将电的信息（数字量或模拟量）“载”到光波上呢？这就要对光源进行所谓的调制。
对光源进行调制的方式有若干种，从光源与调制器之间关系来看，可分为以下两种，即 (1)光源的内调制 它是将调制信号直接作用在光源上，对光源进行调制，故又将这种调制方式称为直接调制。
(2)光源的外调制 它的特点是光源本身不被调制，但当光从光源射出以后在其传输的通道上被一只调制器调制。
这只调制器是利用物质的电光、声光、磁光等效应对光波进行调制的，故有所谓的电光调制器、声光调制器、磁光调制器等，这种调制方式又称为间接调制。
下面分别介绍光源的内调制和外调制。
一、光源的内调制 内调制又称直接调制，它可用于半导体激光器或半导体发光二极管这类光源。
由前面分析可知，半导体激光器的发光功率P与注入电流I之间关系如图3-18所示．而半导体发光二极管光功率与注入电流间有如图3-19所示的关系。
由图3-18和图3-19可见，在半导体激光器P-I曲线中，注入电流超过阈值电流It。
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。
光源调制电路 实验报告
光源调制电路实验报告1. 引言光源调制电路是一种常见的电子电路，在光通信、光学测量和光学传感等领域有着重要的应用。
光源调制电路的基本原理是控制光源的亮度和频率，使其能够适应不同的应用需求。
本实验旨在通过搭建光源调制电路并进行实际测试，探究其特性和性能。
2. 实验目的- 了解光源调制电路的基本原理；- 学习光源调制电路的搭建和调试方法；- 熟悉光源调制电路的特性和性能。
3. 实验装置与材料- 光源：LED灯- 电路板：实验仪器箱- 信号发生器- 示波器- 电源- 电阻、电容、二极管等常用元件4. 实验步骤1. 按照实验电路原理图，将光源调制电路搭建在实验仪器箱的电路板上。
2. 将信号发生器的输出接入电路板上的输入端，调节信号发生器的频率和幅度，控制光源的亮度和频率。
3. 使用示波器测量电路板上的输出波形，并记录相关数据。
4. 调节电路参数，观察其对输出波形的影响，并记录相关数据。
5. 对不同电路参数下的输出波形进行分析和比较，总结光源调制电路的特性和性能。
5. 实验结果与分析根据实验数据和波形图，我们可以看出光源调制电路在不同频率和幅度下对光源的控制效果。
通过调节电路参数，我们可以改变光源的亮度和频率，从而满足不同应用的需求。
以LED灯为例，当信号发生器的频率较低时，LED灯的亮度较暗；而当信号发生器的频率较高时，LED灯的亮度较亮。
这可以解释为电路中的电容和电阻对信号进行滤波和放大的结果。
此外，我们还发现当信号发生器的幅度较小时，LED 灯的亮度也相应较低；而当幅度较大时，LED灯的亮度较高。
这是因为信号发生器的幅度决定了输入信号的强度，而LED灯的亮度可以看作是输入信号的强度的函数。
此外，由于光源调制电路的特性，我们还可以通过调节电路的参数来实现脉冲调制、正弦调制等不同的调制方式。
这可以在光通信或光学测量中发挥重要作用。
6. 实验结论通过本次实验，我们对光源调制电路的原理、搭建方法和调试技巧有了更深入的了解。
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大气中存在的多种气体分子、尘埃、烟雾、湿气等使部分辐射能 量被吸收、转换、辐射，使辐射能衰减或改变原来的传播方向。 结果：导致测量精度降低或者无法进行测量。
大气分子吸收：不同分子的结构不同，其光谱吸收特性不
同。
大气分子散射
空气湍流效应：湍流状态使光辐射在传播过程中随机 地改变其光波参量，出现光束截面内的光强闪烁、光 束弯曲和漂移、光束弥散、畸变以及相干性退化等现 象。
10
光的产生方法
（4）热发光：物体加热到一定温度时的发光。热辐射是一 种能达到平衡状态的辐射。辐射的频率与强度取决于热 平衡的温度，达到热平衡时的辐射就是所谓的黑体辐 射。
（5）生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。 （6）阴极射线发光：由电子束激发荧光物质发光，如电视
机的显像管。
11
光源选择的基本要求
角内所辐射的能量为该方向上的辐射强度。单位：
W/sr
对各向同性的点光源，所有方向发射的总辐射通量为：
e 4I e
1
辐射的基本物理量：
辐出度：面辐射源单位面积发射出的辐射通量。单位：
W/m2
Me
de dA
辐射亮度：扩展辐射源在给定方向上单位立体角、单 位投影面积内发出的辐射通量。单位：W/(sr.m2)
12
发光二极管
概况
（1）实质是一个PN结，在PN结上加正向电压，流过一
定电流，就会发出光束。 （2）LED(Light Emiting Diode) 电致发光。 （3）发光的颜色取决于材料；变色发光二极管（随通过的
电流大小而改变颜色）。 （4）可用于显示、照明、信号光源等。
13
特点 －发光亮度与正向电流成正比例关系 －响应速度极快 －正向电压低，耗电少 －体积小、重量轻、抗冲击、耐振动、寿
定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应。
辐射的基本物理量：
辐射能：一种传播电磁波的能量，当辐射能被物质吸
收时，可以转化成其它形式的能量。符号表示：Qe,单
位辐：射焦通耳量：(J)单位时间内e流 d过dQte面积元dA的辐射能量，单
位为瓦特。
Ie
d e d
辐射强度: 点辐射源在给定方向上单位时间单位立体
M eb (T )
2hc2 5 (e hc / kBT
1)
斯忒藩-玻尔兹曼定律
M eb(T )
M eb (T )d
0
2hc 2
d T 4
0 5 (ehc / kBT 1)
黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其它性质无关。
5
光辐射的度量
量。单位：坎德拉(cd)
Iv
d v d
发光效率： 光源发射的总光通量与提供的功率之比为 发光效率。
v
Qv P
100%
4
热辐射基本定律
物体热辐射：靠加热保持一定温度使内能不变而持续辐射的辐射 形式，凡能发射连续光谱，且辐射是温度的函数的物体叫热辐射体。
普朗克辐射定律：黑体表面向半球面空间发射波长为λ的光 谱辐射度是黑体温度和波长的函数。
（1）光谱特性要求：光源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求 。 （2）发光强度要求：确保光电测试系统的正常工作，光源强度过低，
系统获得信号过小，无法正常测试，光源强度过高，又会导致系统工 作的非线性 （3）稳定性要求：一般要求时，可采用稳压电源供电。当要求较高时， 可采用稳流电源供电。 （4）其它方面要求：如灯丝的结构和形状；发光面积的大小和构成； 灯泡玻壳的形状和均匀性；光源发光效率和空间分布；激光测量：漂 移、光斑大小、光形状等。
Le
Ie
dA cos
辐射效率：光源所发出的辐射通量和外界提供给光源
的功率之比。
e
Qe P
100%
2
光度学中的各物理量在光谱的可见波段才有意义。人眼对 各种波长光线的视觉灵敏度不同，相同光能量的各种波长 光线所产生的视觉效果不同。
光度学的基本物理量：
光谱辐射度：辐射源所辐射的某一波长的单色光的辐 射能量 。
辐射本领：辐射表面在单位波长间隔单位面积内所辐射的通量。
M
'
(, T
)
d e
ddA
吸收本领：吸收本领是在波长 到 d间隔内被物体吸收
的通量与入射通量之比，与物体的温度及波长有关。
(, T
)
d
' e
d e
() ()
6
4.2 光辐射在空气中的传播
光电测量中的光波多在空气中和光学玻璃中传播。由于在光电检 测中通常以空气为信道，大气构成成分的复杂和不稳定性影响光束 的特性，影响测量效果。
命长、单色性好 －缺点:发光效率低、发光面积小，发出短
波光的材料极少
14
外形和结构
外形
结构
外壳材料：金属、陶瓷、全树脂
15
LED发光机理
LED发光机理是电致发光。 P型半导体与N型半导体接触时， 载流子的扩散运动和由此产生内电 场作用下的漂移运动达到平衡状态 形 成 P-N 结 。 如 果 在 P-N 结 上 施 加 正向电压，则促进了扩散运动的进 行。即从N区流向P区的电子和从P 区流向N区的空穴同时增多，于是 有大量的电子和空穴在P-N结中相 遇复合，并以光和热的形式发出能 量。
7Leabharlann 4.3 光源光电测试是采用光电的方法对带有待测信息的光辐射 物体的测试，在任何光电测试系统中，都离不开一定形 式的光源。光源的质量对光电测量起着非常重要的作用。
光源分类：自然光源和人造光源。
一、光的产生和光源选择的基本要求 二、发光二极管 三、激光光源 四、其它光源
8
光的产生和光源选择的基本要求
d d
光通量：光源表面在无穷小时间内发射、传播或接收 所有可见光谱光能定义为光通量。单位：流明(lm)
v
dQv dt
光出度 Mv：面光源表面某点处的面元向半球面空间发 射的光通量与面元面积之比。单位：勒克斯(lx,lm/m2)
3
光度学的基本物理量：
发光强度：点光源在给定方向的立体角内发射的光通
光的产生方式: 温度辐射和发光
（1）平衡辐射：炽热物体－热辐射 物体温度高于绝对零度（-273°C） 温度低时：红外光 温度升高：可见光（白炽灯）
（2）非平衡辐射：发光 外界作用的激发-物体偏离原来的热平衡态－发光
9
光的产生方法 （1）电致发光：电能－>光能，原子或离子被电场加速的电
子轰击由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回到低能 态时就会发出辐射 。 （2）光致发光：物体被光直接照射或预先被照射而引起自 身的辐射，光、紫外线、射线等激发而引起的发光 。 （3）化学发光：由化学反应提供能量引起的发光，它是由 化学反应直接引起的发光。如黄磷因氧化而自然发光 。