光束调制原理
电光调制
x2 y 2 z 2 + 2 + 2 =1 2 n1 n2 n3
为介质的主轴方向， 1.x，y，z为介质的主轴方向，在晶体内沿着主轴方 是互相平行的； 向的电位移D和电场强度E是互相平行的； 方向的折射率(主折射率) 2. n1、n2、n3为折射率椭球x，y和z方向的折射率(主折射率)。 折射率椭球方程可以描述光波在晶体中的传播特性。 折射率椭球方程可以描述光波在晶体中的传播特性。AeFra bibliotekiωc t
入射光的强度为
Ii =E E ∗ = Ex (0） + Ey (0) =2A 2
2
的晶体后，由于电光效应，Ex’和Ey’间就产 当光通过长度为L的晶体后，由于电光效应，Ex’和Ey’间就产 生了相位差 ∆ϕ ，用复数表示为
Ex ' ( L) = A E y ' ( L) = A exp(−i∆ϕ )
T =
∗
π V =2A sin 2 Vπ
2 2
调制器的透过率为
15
π V I out ∆ϕ ) = sin 2 = sin 2 ( Ii 2 2 Vπ
电光调制的基本原理及公式推导-强度调制
强度调制图
16
电光调制的基本原理及公式推导-强度调制
调制器的透过 率与外加电压 呈非线性关系 若调制器工作 在非线性电压 部分，调制光 将发生畸变
3
电光调制的基本原理及公式推导
n KDP为四方晶系，负单轴晶体， KDP为四方晶系，负单轴晶体， 1 = n2 = n0, n3 = ne 为四方晶系 电光张量为
KDP晶体独立的电光系数只有 KDP晶体独立的电光系数只有 γ 41和γ 63
4
电光调制的基本原理及公式推导
第九十讲-光束的调制
(3.2-4)
------作为线性调制的判据。 此时 J1 m
1 m 代入（3.2-2)式得 2
I0 1 T (1 m sin mt ) Ii 2
（3.2-5）
调制的透过率
当sin(△m sinωmt) 的△m <<1时， 上式也变为：
(3.1-10)
将式 cos(m sin mt )和sin(m sin mt )
中两项按贝塞尔函数展开：
cos(m sin mt ) J 0 (m) 2 J 2n (m) cos(2nmt ) n1 sin(m sin mt ) 2 J 2n 1 (m) sin(2n 1)mt
I (t ) E (t ) A cos (c t c )
2 2 c 2
(3.1-12)
于是，强度调制的光强可表示为
Ac2 I (t ) [1 k p a (t )] cos2 ( c t c ) 2
(3.1-13)
调制信号是单频余弦波，则
Ac2 I (t ) [1 m p cos m t ] cos2 ( c t c ) 2
电光调制特性曲线
利用贝塞尔函数将上式中的
展开得：
1 T J 2 n1 m sin2n 1mt 2 n 0
(3.2-2)
可见，输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制 光发生畸变。为获得线性调制，必须将高次谐波控 制在允许的范围内。 设基频波和高次波的幅值分别为I1和I2n+1，则高次谐 波与基频波成分的比值为:
(3.1-14)
强度调制
其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。
光学实验二—_电光、声光和磁光调制实验指导书
电光调制实验一 实验原理电光调制实验仪作为高等院校新一代的物理实验仪器，在基础物理实验和相关专业的实验中用以研究电场和光场相互作用的物理过程，也适用于光通讯与光信息处理的实验研究。
电光调制器的调制信号频率可达 Hz 量级，因而在激光通讯、激光显示等领域中有广泛的应用。
（一）电光调制原理某些晶体在外加电场的作用下，其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应，利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制，构成电光调制器。
电光效应分为两种类型：（1）一级电光（泡克尔斯—Pockels ）效应，介质折射率变化正比于电场强度。
（2）二级电光（克尔—Kerr ）效应，介质折射率变化与电场强度的平方成正比。
本实验仪使用铌酸锂（LiNbO 3）晶体作电光介质，组成横向调制（外加电场与光传播方向垂直）的一级电光效应。
图1 横向电光效应示意图如图1所示，入射光方向平行于晶体光轴（Z 轴方向），在平行于X 轴的外加电场（E ）作用下，晶体的主轴X 轴和Y 轴绕Z 轴旋转45°，形成新的主轴X ’轴—Y ’轴（Z 轴不变），它们的感生折射率差为Δn ，并正比于所施加的电场强度E ：rE n n 30=∆式中r 为与晶体结构及温度有关的参量，称为电光系数。
n 0为晶体对寻常光的折射率。
当一束线偏振光从长度为l 、厚度为d 的晶体中出射时，由于晶体折射率10910~10１的差异而使光波经晶体后出射光的两振动分量会产生附加的相位差δ，它是外加电场E 的函数： U d l r n rE n nl ⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆=3030222λπλπλπδ (1) 式中λ为入射光波的波长；同时为测量方便起见，电场强度用晶体两极面间的电压来表示，即U=Ed 。
当相差πδ=时，所加电压l d r n U U 302λπ== (2) πU 称为半波电压，它是一个可用以表征电光调制时电压对相差影响大小的重要物理量。
电光调制器半波电压随频率的变化
电光调制器是一种能够根据输入信号产生相应的输出光束调制的设备。
在电光调制器中，半波电压随频率变化是一个非常重要的特性，它直接影响了调制器的工作效果和性能。
本文将围绕电光调制器半波电压随频率变化的问题展开讨论，从基本原理、影响因素、实际应用等多个方面进行阐述，希望能够对相关领域的研究和应用起到一定的参考作用。
一、电光调制器及其基本原理电光调制器是一种利用电场效应来调制光的器件，其工作原理主要是利用半导体材料的线性光电效应。
当在半导体材料中施加电场时，电子和空穴将被分开并产生漂移运动，从而改变了材料的折射率，使得通过材料的光的相位和振幅发生改变，最终实现输入信号到输出光束的调制。
二、半波电压的概念及其在电光调制器中的作用半波电压指的是在电光调制器中，使得输出光强减小到输入光强的一半所需要的电场强度。
在电光调制器中，半波电压作为一个重要的性能指标，直接影响了调制器的调制带宽、调制效率等指标，因此具有重要的意义。
三、半波电压随频率的变化规律1.理论分析根据半导体材料的固有特性，以及电光调制器的工作原理可以得出，半波电压随频率的变化呈现出一定的规律。
随着频率的增加，半波电压通常会呈现出先减小后增大的趋势，这是由于半导体材料在高频下存在着一些非线性效应导致的。
2.影响因素半波电压随频率的变化受到多种因素的影响，主要包括材料的本征特性、器件结构、外界环境等因素。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素对半波电压的影响，以实现更好的调制器性能。
四、实际应用与案例分析在光通信、激光雷达、光学成像等领域，电光调制器被广泛应用于光信号的调制和处理。
通过合理地设计和控制半波电压随频率的变化，可以实现更高效的光信号调制和处理，提高系统的性能和可靠性。
结语电光调制器半波电压随频率的变化是一个复杂而重要的问题，对于电光调制器的性能和应用具有重要的影响。
通过对这一问题的深入研究和分析，将有助于提高电光调制器的性能，并推动相关领域的发展。
贝塞尔光束原理
贝塞尔光束原理
贝塞尔光束是指一种特殊形状的光束，其基本原理是通过对光束的相位和振幅进行调制，使其具有螺旋形状，从而实现沿轴方向具有无限长焦深度的特点，能够在远离焦点处维持其形状和强度。
在传统的高斯光束中，光束的横向大小随着传输距离的增加而增大，而光束的纵向大小则是有限的。
而贝塞尔光束则通过调节光束的相位和振幅，使得光束在沿轴方向上具有无限长的焦深度，从而可有效减少光束横向扩散和纵向衰减，具有更好的光学传输特性。
除此之外，贝塞尔光束还具有许多其他的特性，如角动量和自旋等量子性质，可应用于微操纵、激光切割、光学陷阱、量子通信等领域。
总之，贝塞尔光束是一种具有特殊形状和优异性能的光束，通过调节光束的相位和振幅，可实现在沿轴方向上具有无限长焦深度的特点，广泛应用于光学和量子领域的研究和应用。
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。
光电子技术复习
光电⼦技术复习第⼀章1、光电⼦技术的定义光电⼦技术是光学技术与电⼦技术结合的产物，是电⼦技术在光频波段的延续和发展。
是研究光（特别是相⼲光）的产⽣、传输、控制和探测的科学技术。
2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播⽅向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播⽅向构成右⼿螺旋关系。
2.沿给定⽅向传播的电磁波，电场和磁场分别在各⾃平⾯内振动，称为偏振。
3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最⼤或最⼩。
4.任意时刻，在空间任意⼀点，H E µε=5.电磁波真空中传播速度为001µε=c ，介质中的为εµ1=v3、⾊温的概念规定两波长处具有与热辐射光源的辐射⽐率相同的⿊体的温度。
4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第⼆章⼀、光波在⼤⽓中的传播1、光波在⼤⽓中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在⼤⽓中传播时，⼤⽓⽓体分⼦及⽓溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空⽓折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏2、⼤⽓分⼦散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的⼤⽓时，它的⼀些能量向四⾯⼋⽅反射。
特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。
瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远⼤于分⼦的线度，这⼀条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
所以天空呈蓝⾊。
3、⼤⽓⽓溶胶的定义、瑞利散射、⽶-德拜散射；⼤⽓⽓溶胶：⼤⽓中有⼤量的粒度在0.03 µm到2000 µm之间的固态和液态微粒，它们⼤致是尘埃、烟粒、微⽔滴、盐粒以及有机微⽣物等。
由这些微粒在⼤⽓中的悬浮呈胶溶状态，所以通常⼜称为⼤⽓⽓溶胶。
瑞利散射：散射粒⼦的尺⼨远⼩于光波长时，散射光强。
⽶德拜散射：散射粒⼦的尺⼨⼤于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。
⼆、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作⽤下，晶体的折射率发⽣变化的现象。
对红外光束的频率调制
对红外光束的频率调制
红外光束的频率调制是指在红外光通信中使用调制技术改变光信号的频率以传输信息。
频率调制是一种常见的调制技术，它可以通过改变光信号的频率来携带数字或模拟信息。
在红外光通信中，频率调制通常用于将数字数据转换成适合传输的光信号。
频率调制的主要方法包括频移键控（FSK）和频率调制（FM）。
在FSK中，数字数据被转换成不同的频率信号，这些不同的频率信号对应着不同的数字值。
而在FM中，模拟信号的频率被直接改变以携带信息。
红外光束的频率调制具有一些优点。
首先，红外光通信中使用频率调制可以提供较高的抗干扰能力，因为信号的频率变化可以使其对噪声和干扰具有一定的容忍度。
其次，频率调制可以实现较高的数据传输速率，因为通过改变频率可以在单位时间内传输更多的信息。
然而，红外光束的频率调制也面临一些挑战。
例如，频率调制需要较高的精度和稳定性，以确保信号的准确传输。
此外，频率调制技术在红外通信系统中需要与解调技术配合使用，以确保信号的
正确解析和恢复。
总的来说，红外光束的频率调制是红外光通信中常用的调制技术，它通过改变光信号的频率来传输信息，具有抗干扰能力强、传输速率高等优点，但也需要面对精度和稳定性的挑战。
随着通信技术的不断发展，频率调制技术也在不断完善和应用于实际的红外光通信系统中。
光电子技术题库
1: 色温是指在规定的两波长处，具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。
1．自发跃迁是指处于高能级的一个原子自发的向低能级跃迁并发出一个光子的过程。
受激跃迁是指处于高能级态的一个原子在一定的辐射场的作用下，跃迁到低能级态并辐射出一个与入射光子相同的光子的过程。
2．按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为：拉曼纳斯衍射和布喇格衍射。
3．磁光效应是指外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。
法拉第磁光效应的规律：a:对于给定的介质，光振动面的旋转角与样品的长度外加的磁感应强度成正比。
B:光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右互换。
4．光束调制按其调制的性质可分为：调幅，调频，调相，强度调制。
要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样，量化，编码。
5．光热效应是指探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件电学性质或其他物理性质发生变化。
6．本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测，非本征型光敏电阻通常在低温条件下工作，常用于中远红外辐射探测。
7．CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移。
CCD按结构可分为线阵CCD和面阵CCD。
8．LCD可分为两大类：溶致液晶和热致液晶。
作为显示技术应用的LCD是热致液晶。
9．附加：光栅传感器反射的波长叫布喇格波长。
10．受激辐射下光谱宽度的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽主要有自然展宽，碰撞展宽，热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽，残余应力展宽。
11．常见的固体激光器有红宝石，钕，钛宝石，气体激光器主要有氦氖和CO2. 12．电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，将引起束缚电荷的重新分布并导致离子晶格的微小变形，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率的变化。
13．光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的带宽或传输容量。
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。
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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）。
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。
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 Nhomakorabea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
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
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 和空间相干性好等优点，因而象以往电磁波（收音机、电视等）一样可以 用来作为传递信息的载波。
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
( 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
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。
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
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。
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。
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：
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