激光调制修改PPT课件

1、1. 振幅调制使载波的振幅随着信号的变化规律而变化。 ( )cosmma tAt( )cos()cccE tAt( )(1cos)cos()cos()cos()2cos()2camccacccccmcaccmcE tAmttmAtAtmAt 激光的电场 调制信号 调幅波的频谱公式 =cmaAAm/ 调幅系数：第1页/共65页2. 频率调制和相位调制光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变。 频率调制： ( )cos()cccE tAt激光的电场强度： ( )( )( )ccfttk a t相位调制： ( )cos(cos)ccmcE tAtmt)sincos()(cmfcctmtAtE

2、频率调制和相位调制都是调总相角，写成统一形式：频率调制和相位调制都是调总相角，写成统一形式：)sincos()(cmcctmtAtE mfmmAktAta/cos)( ，mmfmfAkm / 调频系数：第2页/共65页产生无数多个边频，当m很小时，边频数量减少。第3页/共65页3. 强度调制光载波的强度（光强）随调制信号规律而变化。 设调制信号是单频余弦波，则调制强度为： 22( )1coscos ()2cpmccAI tmtt 实际应用中，为了得到较强的抗干扰效果，往往利用二次调制方式，即先用低频信号对一高频副载波进行频率调制，然后再利用这个已调频波进行强度调制（称为FM/IM调制），使光的

3、强度按副载波信号的规律变化。信号在调频波中，抗干扰能力强。 第4页/共65页4. 脉冲调制用一种间歇的周期性脉冲序列作为载波，使载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。 第5页/共65页脉冲编码调制（采样、量化、编码）脉冲编码调制（采样、量化、编码）5. 脉冲编码调制（数字调制）第6页/共65页1. 1. 光在晶体中的传播光在晶体中的传播（1 1） 晶体的极化率与介电系数晶体的极化率与介电系数介质极化强度介质极化强度P与入射光与入射光E的关系的关系：333231232221131211EP0极化率 成为二阶张量，具有九个分量：于是于是 各向异性晶体中P 每一个分量都与E的三个分量存在着线性

4、关系，P不再与E同向。各向同性晶体中P 每一个分量与E的相应分量存在着线性关系，P与E同向。 zyxzyxEEEPPP3332312322211312110 7.5.2 电光调制第7页/共65页 332211000000 选择坐标系为晶体的主介电坐标系，则非线性晶体张量非对角元素为零： 3210000001111n2221n3331n折射率：折射率：低级晶族低级晶族3 3个分量不相等，中个分量不相等，中级晶族有级晶族有2 2个相等，高级晶族个相等，高级晶族3 3个都相等。个都相等。第8页/共65页确定两个允许传输波的确定两个允许传输波的偏振方向及其相速度。偏振方向及其相速度。 直角主介电坐标系

5、中，两波面沿三主轴分量表示为通式：直角主介电坐标系中，两波面沿三主轴分量表示为通式： 1232222212nznynx为沿三个轴的主折射率为沿三个轴的主折射率321,nnn（2）折射率椭球 方程代表一个椭球，称折射率椭球，晶体各向异性的几何表示。性质：l 其中任一矢径的方向，其长度表示沿该方向偏振的光波的折射率。l 对于任意给定的波矢k，利用折射率椭球可求光波的偏振方向及相应折射率：通过原点作k的垂面，与折射率椭球相交得一椭圆截面，则这一椭圆截面的两个轴即为两个偏振方向，两个轴长度 为相应折射率。21nn，第9页/共65页单轴晶体折射率椭球：单轴晶体折射率椭球： 取取光轴为光轴为z轴轴，沿，沿

6、x、y轴的主折射率相等，说明轴的主折射率相等，说明xoy平平面内的面内的D、E方向一致，与各向同性介质中光波性质一方向一致，与各向同性介质中光波性质一样，称样，称寻常光寻常光，相应主折射率为寻常折射率，记为，相应主折射率为寻常折射率，记为no ；沿光轴的主折射率称非常折射率，记为沿光轴的主折射率称非常折射率，记为ne 1222222eoonznynxzyxzyxOOoenn oenn (a)正单轴晶体 (b) 负单轴晶体 单轴晶体折射率椭球第10页/共65页单轴晶体折射率椭球特性：单轴晶体折射率椭球特性：（a a） xoy平面与平面与椭球截面是一个圆，椭球截面是一个圆，其半径为其半径为no 。

7、表明当光波表明当光波沿着沿着z轴方向轴方向传播时，即传播时，即ki平行于光轴时，只平行于光轴时，只存在一种折射率存在一种折射率no，光波偏振方向取垂直于，光波偏振方向取垂直于Z轴的任何轴的任何方向，折射率相等，方向，折射率相等，不产生双折射不产生双折射。z轴即单轴晶体光轴。轴即单轴晶体光轴。（b）xoz、yoz平面，或其它含平面，或其它含z轴的轴的椭球截面为一椭圆椭球截面为一椭圆，其两半轴长度分别为其两半轴长度分别为 、 。表明当光表明当光垂直于垂直于z轴轴入射入射(ki垂直于光轴，处于垂直于光轴，处于xoy平面内平面内)时，可允许两个彼此正交的线偏振光传播，其中一个光时，可允许两个彼此正交的

8、线偏振光传播，其中一个光波偏振方向平行于光轴、折射率为波偏振方向平行于光轴、折射率为 ，另一光波偏振方，另一光波偏振方向垂直于光轴、折射率为向垂直于光轴、折射率为 。 onenenon第11页/共65页（c c）当）当k ki i 与与z z轴夹角为轴夹角为 时，通过原点时，通过原点O O垂直于垂直于k ki i 的平面的平面与椭球的与椭球的截面为一椭圆截面为一椭圆，其长、短轴为允许的偏振方向，其长、短轴为允许的偏振方向，对应于两种本征光波：对应于两种本征光波：寻常光寻常光：偏振方向与：偏振方向与SOZSOZ平面垂直，折射率及相速与平面垂直，折射率及相速与 无无关，折射率关，折射率n no o

9、称寻常折射率。称寻常折射率。非常光非常光：偏振方向在：偏振方向在SOZSOZ平面内，平面内， 折射率折射率n ne e( ( ) ) 满足方程：满足方程：22222sincos)(1eoennn折射率与相速和角度 有关。任意方向传播的双折射任意方向传播的双折射第12页/共65页2.电光效应电光效应电光效应：当介质的两端所加外电场较强时，介质内的电子 分布状态将发生变化，以致介质的极化强度以及 折射率也各向异性地发生变化的现象。 电光效应弛豫时间很短，仅有10-11量级外场的施加或撤消导致的折射变化或恢复瞬间即可完成。 可用作高速调制器、高速开关等（a）外加电场相对光场为低频 （b）外加电场沿着

10、某一介电主轴作用于晶体，此时D与E的方向一致，因而D只随E的大小变化。为突出物理思路、简化推导，讨论基于以下条件：第13页/共65页（1 1）泡克尔斯）泡克尔斯(Pockels)(Pockels)效应效应 与克尔与克尔(Kerr)(Kerr)效应效应 当外加电场沿某一介电主轴作用于晶体时，电位移矢量为当外加电场沿某一介电主轴作用于晶体时，电位移矢量为 200023EEnnnn320EEED0 为不加电场时的介电常数，称线性介电常数。定义D(E)的斜率为加电场后的介电常数： 2320EEdEdD220232EEnn220023EEEEknnnl 与外加电场的一次方成正比，称为泡克尔斯效应；l n

11、与外加电场平方成正比，称为克尔效应。n第一项大大于后面各项，作泰勒级数展开第一项大大于后面各项，作泰勒级数展开第14页/共65页（2） KDP晶体的线性电光效晶体的线性电光效应应 KDP晶体是人工生长的晶体是人工生长的KH2PO4单轴晶体单轴晶体的简称。的简称。不加外场，折射率椭球为：不加外场，折射率椭球为：12)(23632141203202201xyExzEyzEzByBxB1)(2032201zByxB2011onB 外加电场作用后，新的折射率椭球为： 外加电场引起了折射率椭球中的后三项，即“交叉项” ，这意味着加上电场后，椭球的主轴不再是x、y、z轴，而是有所偏转。 新主轴、的方向和大

12、小与E的关系就确定了电场对光传播的影响。2031enB 第15页/共65页外加电场平行于光轴（外加电场平行于光轴（Z Z轴）：轴）：设新主轴设新主轴 相对旧主轴相对旧主轴 旋转了角度旋转了角度 ，则，则021 EE03 EE12363203202201xyEzByBxBzyxxyzyxyxcossinsincos1)()(203236302236301zByEBxEBzyx在新主轴坐标系 中，折射率椭球方程变为： eyxnnEnnEnnz ，得得到到：3632023632021111 2002011nBB 045 取取第16页/共65页 结论：结论：(a)施加外场施加外场E3后，椭球的后，椭球

13、的xoy截截面面由圆变为椭圆由圆变为椭圆，折射率椭球由，折射率椭球由旋转椭球面变为一般椭球面，旋转椭球面变为一般椭球面，KDP由单轴晶体变为双轴晶体。由单轴晶体变为双轴晶体。xyxy(b)沿 方向偏振的光传播相速度加大，而沿 方向偏振的光传播速度减小，因此 轴称为快轴， 轴为慢轴。 36332Ennnoox36332Ennnooyeznn，运运用用近近似似式式得得到到：由由于于20363/1 nE 第17页/共65页（3 3）电光相位延迟）电光相位延迟 以外加以外加电场平行于光轴（电场平行于光轴（Z轴）轴）的的KDP晶体为例，光晶体为例，光波沿波沿z方向传播距离方向传播距离l后，两偏振光之间的

14、相位差为后，两偏振光之间的相位差为 VnklEnkooooyx6333633lEV3的变化曲线及相应的光场矢量变化情形 xE、yE第18页/共65页 当相位延迟当相位延迟时，光场为时，光场为x x方向偏振的线偏振光，方向偏振的线偏振光，当当/2/2时，光场为圆偏振光，当时，光场为圆偏振光，当时，光场时，光场又变成沿又变成沿y y方向偏振的线偏振光。方向偏振的线偏振光。 与与对应的偏振光相对入射光旋转了对应的偏振光相对入射光旋转了9090，其相，其相应的电压称为应的电压称为半波电压半波电压 晶体的电光系数越大，相应半波电压越低晶体的电光系数越大，相应半波电压越低 . . 通过测量半波电压可以计算

15、出相应的电光系数。通过测量半波电压可以计算出相应的电光系数。 633oonkV 第19页/共65页部分晶体的部分晶体的 和和V63第20页/共65页3. 电光强度调制（1）纵向电光强度调制第21页/共65页（1）电光强度调制装置由两块交叉偏振片及其间放置的一块单轴电光晶体组成。偏振片的通振动方向分别与x、y轴平行。 （2）设某时刻加在电光晶体上的电压为V，入射到晶体的在x方向上的线偏振光电矢量振幅为E0 进入晶体时沿快轴 和慢轴 的电矢量振幅都变为 x y20EV6320n2 通过晶体后沿 和 方向的二线偏振光之间的位相差 x y通过振动方向与 y 轴平行的偏振片检偏后产生的光振幅分别为 ，

16、，则有： yxEyyE)(00e2e2 tiyytiyxEEEE ，第22页/共65页VnIEEI 6330202202sin2sin 输出光强：输出光强：)1(20 itiyeeEEE 投影之和为：图图(4-22) I/I0-V曲线曲线第23页/共65页（4）如外加信号电压为正弦电压， ，则输出光强近似为正弦形，实现无失真调制。 tVV sin0 )sinsin(1 21sin24sin2sin0002020tVVIItVVIII tVVII sin22100 63302 nV （3）画出 曲线的一部分以及光强调制的情形。为使工作点选在曲线中点处，通常在调制晶体上外加直流偏压 来完成，或者插

17、入/4波片，使之产生90度的相位差。 4 VVII 01/0 VV应用应用第24页/共65页使用电光调制器的光通信线路 激光器输出为偏激光器输出为偏振光振光第25页/共65页（2）横向电光强度调制VVlnnkVndlklnnklnEnnkeoooeooeoooyxl)(2)()2(63303633ldnkVoo6332第一项表示天然双折射造成的相位差；第二项由电光效应引起，为电光延迟。 由第一项确定工作点位置后，根据第二项正比于l/d，恰当选择长宽比，以实现有效的电光调制。 消除天然双折射方法：两块晶体串接（消除天然双折射方法：两块晶体串接（Z轴垂直）轴垂直） 电压加在电压加在X X方向，入射

18、光沿方向，入射光沿Z Z方向，方向，X X方向偏振；方向偏振；X X、Y Y、Z Z与与晶体边平行。晶体边平行。第26页/共65页横向电光调制可降低半波电压，用两块晶体可消除自然双折横向电光调制可降低半波电压，用两块晶体可消除自然双折射，但结构较复杂。射，但结构较复杂。第27页/共65页4 电光相位调制（1）加电场后，振动方向与晶体的感应主轴相平行的光通过长度为 的晶体，其位相增加为 l3006322znnEl （2）晶体上所加的是正弦调制电场 晶体输入面处的光场是 sinzmmEEtcosUAt入第28页/共65页)sincos(22cos63300 ttAUlEnntAUmz出出出出式中，

19、 为相位调制度 lEnm 6330 （3）则在晶体输出面处的光场可写成 第29页/共65页5. 5. 波导电光调制器波导电光调制器 波导调制器是将具有电光特性的材料做成光波导，调制波导调制器是将具有电光特性的材料做成光波导，调制电场加在通光波导区，可以在很低的外加电压下获得所电场加在通光波导区，可以在很低的外加电压下获得所需的调制场强。需的调制场强。 可以通过波导特性，如模式转换、模式耦合、定向耦合可以通过波导特性，如模式转换、模式耦合、定向耦合等特性来实现光的直接强度调制与开关等。等特性来实现光的直接强度调制与开关等。 波导调制器具有效率高、体积小、集成度高、易于与光波导调制器具有效率高、体

20、积小、集成度高、易于与光纤耦合等优点。纤耦合等优点。 （1 1）M-ZM-Z干涉仪强度调制器干涉仪强度调制器晶 体 材 料 为 铌 酸 锂 晶 体(LiNbO3)，其中的光波导是在晶体上用钛扩散（折射率提高）技术制作的。第30页/共65页 电信号加到如图所示的电极上，来自激光器的连续光波电信号加到如图所示的电极上，来自激光器的连续光波输入到调制器的左端，然后被均匀地分配到光波导的两输入到调制器的左端，然后被均匀地分配到光波导的两个臂中，两光路长度相等。由于电光效应，其折射率及个臂中，两光路长度相等。由于电光效应，其折射率及到达输出端的光程差和位相随外加电压的变化而变化，到达输出端的光程差和位相

21、随外加电压的变化而变化，在时间上发生延迟。两束光到达输出端后，经在时间上发生延迟。两束光到达输出端后，经3 dB3 dB光耦光耦合器耦合在一起由一路光纤输出。合器耦合在一起由一路光纤输出。 根据这一原理，即可完成光信号强度随电信号的变化而不断改变的调制过程，即实现强度调制。图中，沿方向切割LiNbO3晶体，光波沿z方向传输，调制电场施加于y方向。设入射光场为 incos()EAtmmsin()yyEEt调制电压为调制电压为第31页/共65页外加电场作用下光波产生的相位变化为外加电场作用下光波产生的相位变化为 式中式中L L为调制区间长度。为调制区间长度。3oute33mmcossinyLEAt

22、nEt 从调制臂输出的光场为 式中， 为调制深度。此时，经过调制臂的光波相位已经受到调制，在输出端可以得到强度调制的光波信号输出。mcos(sin)Att3me33yLEn)2(cos2 iII调制器输出光强为输出光强随信号电压输出光强随信号电压V V变化。变化。DLVne /333第32页/共65页(2)(2)定向耦合器型光波导调制器定向耦合器型光波导调制器M-ZM-Z干涉仪由干涉仪由2 2个个3dB3dB耦合器和耦合器和1 1个移相器组成。个移相器组成。，为偶数时，为偶数时，；当；当，为奇数时，为奇数时，当当设计使设计使为两支路长度差为两支路长度差为光波导传播常数，为光波导传播常数，设设0

23、0,10202010 PPPNPPPNNLkLkii 当电调制信号为空号时，两支路正好满足当电调制信号为空号时，两支路正好满足N N为偶数。当电为偶数。当电调制信号为传号时，由于电场的加入，改变了波导的有效折调制信号为传号时，由于电场的加入，改变了波导的有效折射率，因而改变传播常数射率，因而改变传播常数k k，使其正好满足，使其正好满足180180的附加相移，的附加相移，由交叉态变为直通态。由交叉态变为直通态。cnk 第33页/共65页7.5.3 7.5.3 声光调制声光调制 声波的应变场也能改变某些晶体的折射率，产生类似于光栅的光学结构，从而对入射的光波产生调制，这种调制称为声光调制。 1

24、声光衍射（1）声光衍射的定性描述 在晶体中传播的超声波产生弹光效应使晶体的介电常数发生变化，晶体中形成了周期性的有不同折射率的间隔层，当光通过这种分层结构时，就发生衍射，引起光强度、频率和方向随超声场的变化。(a)超声行波 (b) 超声驻波 声波在介质中传播分为行波与驻波两 种，所以折射率变化也有两种形式：)sin(),(KztntznKztntzncossin2),(第34页/共65页（2 2） 声光布喇格衍射声光布喇格衍射若若声波频率较高，且声光作用长度声波频率较高，且声光作用长度L L较大较大，声扰动介质，声扰动介质形成形成“体位相光栅体位相光栅”。当平面光波相对于声波方向以一。当平面光

25、波相对于声波方向以一定角度入射时，介质内的各级衍射光将互相干涉，在一定角度入射时，介质内的各级衍射光将互相干涉，在一定条件下，各高级衍射光将互相抵消，只定条件下，各高级衍射光将互相抵消，只出现出现0 0级和级和级级( (或级或级) )衍射光，即产生布喇格衍射衍射光，即产生布喇格衍射。 布喇格衍射条件 Bsin2布喇格角 diB是声光品质因素。是声光品质因素。是介质长度，是介质长度，是声强，是声强，MlIMIllnkIISsd)2(sin)2(sin2020 衍射效率衍射效率第35页/共65页令衍射效率达到令衍射效率达到100，则需要的声强度为：，则需要的声强度为：lhMlhlIPBSS2cos

26、22 所需的超声波功率为：所需的超声波功率为：2222cosMlIBS 第36页/共65页 对于超声波行波场，声波运动的影响使声光栅移动，从而对于超声波行波场，声波运动的影响使声光栅移动，从而使使衍射光束产生多普勒效应衍射光束产生多普勒效应，则：，则：ncV/2 式中，式中， 为光波频率，为光波频率， 为声波速度矢量沿光波传播方向的为声波速度矢量沿光波传播方向的分量，所以有：分量，所以有： /V ncVB sin2 因此，当声波因此，当声波迎向迎向光波传播时，衍射光频率为光波传播时，衍射光频率为 ；当声波当声波背向背向光波传播时，衍射光频率为光波传播时，衍射光频率为 第37页/共65页2. 2

27、. 声光调制器声光调制器组成：声光晶体、压电换能器、吸声（反射）装置、驱动源。组成：声光晶体、压电换能器、吸声（反射）装置、驱动源。1.1.驱动源驱动源：产生高频信号，由电极加到压电换能器两侧。：产生高频信号，由电极加到压电换能器两侧。2.2.压电换能器：压电换能器：将电功率信号转换成超声波，通过耦合器耦将电功率信号转换成超声波，通过耦合器耦合到声光介质中，使介质折射率发生变化，形成光栅。压电合到声光介质中，使介质折射率发生变化，形成光栅。压电换能器通常由石英晶片或铌酸锂晶片来实现。厚度十几到几换能器通常由石英晶片或铌酸锂晶片来实现。厚度十几到几十微米，频率越高，厚度越薄。十微米，频率越高，厚

28、度越薄。3.3.声光介质：声光介质：声场和光场相互作声场和光场相互作用的场所。需考虑工作波长及用的场所。需考虑工作波长及品质因素。常用的有：铌酸锂品质因素。常用的有：铌酸锂（0.5-4.5um0.5-4.5um透光）、钼酸铅透光）、钼酸铅（ 0.4-5.5um0.4-5.5um透光）透光）第38页/共65页5.4.3 5.4.3 声光调制声光调制调制特性曲线调制特性曲线 如果声波是载有信息的信号调制的，则衍射光也会受到相同信号的调制。tAMIlIMIllnkIImmsdsd cos2)2(sin)2(sin2222020 一级衍射光强度：一级衍射光强度：第39页/共65页7.5.4 7.5.4

29、 磁光调制磁光调制1 1 磁光效应磁光效应 当线偏振光沿光轴方向通过某些天然介质时，偏振面旋转的现象称为天然旋光，简称旋光现象。不同介质对光振动矢量的旋转方向可能不同，分为左旋和右旋。对着光线观察，矢量顺时针旋转成右旋，逆时针称左旋。葡萄糖溶液是右旋介质，果糖是左旋介质。./16.650;/49.40:00mmmmmmll为为时时，波波长长为为时时，波波长长石石英英为为旋旋光光率率。为为通通光光长长度度，旋旋转转角角度度： （1）旋光效应第40页/共65页（2 2）法拉第效应）法拉第效应 法拉第在法拉第在18451845年发现：当一束平面偏振光通过磁场作年发现：当一束平面偏振光通过磁场作用下的

30、某些物质时，其偏振面受到正比于外加磁场平行于用下的某些物质时，其偏振面受到正比于外加磁场平行于传播方向分量的作用而发生偏转。这种现象称为法拉第效传播方向分量的作用而发生偏转。这种现象称为法拉第效应。应。法拉第效应法拉第效应为长度。为长度。为磁感应强度，为磁感应强度，性质有关，性质有关，为维尔德常数，与物质为维尔德常数，与物质旋转角度：旋转角度：LBVLBV nm3 .589时的时的V值值 第41页/共65页天然旋光效应与法拉第磁光效应的本质区别：天然旋光效应与法拉第磁光效应的本质区别： 光束返回通过天然旋光介质时，旋转角度与正向入射时光束返回通过天然旋光介质时，旋转角度与正向入射时相反，因而往

31、返通过介质的总效果是偏转角为零；相反，因而往返通过介质的总效果是偏转角为零； 而磁致旋光方向与磁场方向有关，而与光的传播方向无而磁致旋光方向与磁场方向有关，而与光的传播方向无关，因而光往返通过法拉第旋光物质时，偏转角度增加关，因而光往返通过法拉第旋光物质时，偏转角度增加一倍。可应用于光隔离器。一倍。可应用于光隔离器。第42页/共65页2 2 磁光调制磁光调制 将磁光介质（如将磁光介质（如YIGYIG棒）置于恒磁场棒）置于恒磁场H Hd d（与光传输方向垂直）（与光传输方向垂直）中，棒上饶有射频激励线圈，以便在介质内建立时变调制磁中，棒上饶有射频激励线圈，以便在介质内建立时变调制磁场。由于加了恒

32、磁场，光通过介质后旋转角度为场。由于加了恒磁场，光通过介质后旋转角度为为加在介质上的调制。为加在介质上的调制。，tHtHlHtadas sinsin)( 如果令其通过检偏器（偏振方向可平行于起偏方向，也如果令其通过检偏器（偏振方向可平行于起偏方向，也可垂直于起偏方向），则旋转角的调制转换为光强调制。可垂直于起偏方向），则旋转角的调制转换为光强调制。tHlHtHlHtHlHItIdasdasdas sin2121sin2sin2121sincos)(20 输出光强随信号电流而变化，受到强度调制。输出光强随信号电流而变化，受到强度调制。第43页/共65页7.5.5 直接调制 把要传递的信息转变为电

33、流信号调制激光器驱动电源，从而使输出激光带有信息。 是目前光纤通信系统普遍使用的实用化调制方法。 直接调制模拟调制： 数字调制：用连续的模拟信号（如电视、话音等信号）直接对光源进行光强度调制 用脉冲编码调制（PCM）的数字信号对光源进行强度调制 第44页/共65页1. 1. 模拟调制模拟调制 为了获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，为了获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流IbIb。（1 1）调制信号源与直流偏置电流必须隔离。）调制信号源与直流偏置电流必须隔离。（2 2）偏置电流略

34、大于）偏置电流略大于LDLD的阈值电流。的阈值电流。（3 3）直接调制会使激光器主模）直接调制会使激光器主模的强度降低，而次模的强度相对的强度降低，而次模的强度相对增加，从而使谱宽增加。增加，从而使谱宽增加。m 调制电流幅度偏置电流阈值电流调制深度：调制深度： 第45页/共65页2. 2. 数字式调制数字式调制 下图为光载波直接光强调制的基本原理。下图为光载波直接光强调制的基本原理。Ib为直流偏置电为直流偏置电流，流，Im为代表信息数据的驱动电流，为代表信息数据的驱动电流，Ib+Im成为成为LD的工作电流。的工作电流。数据数据1对应于激光发射，数据对应于激光发射，数据0对应于无光发射。对应于无

35、光发射。LD数字调制原理图第46页/共65页光发送机框图LD实用驱动电路 实际的数字信号经过交换、复接过程，其波形不是矩形脉实际的数字信号经过交换、复接过程，其波形不是矩形脉冲，在调制冲，在调制LDLD之前需进行波形整理，并由电压转换成电流，之前需进行波形整理，并由电压转换成电流，完成这一功能的是输入整形电路和驱动电路。完成这一功能的是输入整形电路和驱动电路。LDLD的输出功率的输出功率和波长受温度影响，所以必须有温度自动控制和波长受温度影响，所以必须有温度自动控制ATCATC和功率自动和功率自动控制控制APCAPC。第47页/共65页（1 1）预失真处理。）预失真处理。为抑制频率啁啾影响，需

36、采用整形电路对为抑制频率啁啾影响，需采用整形电路对标准二元电信号做预失真处理。输入数据的一路到右管的基标准二元电信号做预失真处理。输入数据的一路到右管的基极，另一路经过延迟线再到左管的基极，两管导通的时延差极，另一路经过延迟线再到左管的基极，两管导通的时延差取决于延迟线的长度。整形后的二元信号是两个先后脉冲电取决于延迟线的长度。整形后的二元信号是两个先后脉冲电平的叠加，它们的重叠部分构成了整形信号的顶部，无重叠平的叠加，它们的重叠部分构成了整形信号的顶部，无重叠部分构成了整形信号的两个肩。调整延迟线的长度可调整顶部分构成了整形信号的两个肩。调整延迟线的长度可调整顶部位置，调整电阻部位置，调整电

37、阻W W可改变肩部的高度。可改变肩部的高度。预整形波形标准二元信号整形后的二元信号脉冲预整形电路第48页/共65页 整形电路的作用是使数据的顶部预失真变窄，一方面可整形电路的作用是使数据的顶部预失真变窄，一方面可以降低注入载流子的以降低注入载流子的变化速率变化速率，另一方面较窄的调制脉冲可，另一方面较窄的调制脉冲可以补偿啁啾效应造成的光脉冲的动态展宽，有利于高速率下以补偿啁啾效应造成的光脉冲的动态展宽，有利于高速率下的应用。的应用。(a)标准二元电信号(c)整形后发送的光脉冲(d)接收的光脉冲(b)整形后电脉冲第49页/共65页LD的开通延迟码间图案相关效应（2 2）偏置电流的影响）偏置电流的

38、影响。很多现象与偏置电流有关。很多现象与偏置电流有关。 当当 时，会出现开通延迟现象。光脉冲的出现较电时，会出现开通延迟现象。光脉冲的出现较电脉冲滞后，且顶部有振荡。脉冲滞后，且顶部有振荡。thbII 当 时，有利于使用较小的驱动电流获得较大光功率输出，而且有利于提高电-光响应速度。但是，过高的直流偏置受两方面的限制：一是容易出现码间图案相关效应；二是导致接收灵敏度的降低。thbII 第50页/共65页 码间图案相关效应：第一个码间图案相关效应：第一个1 1码过去后，虽然驱动电流已码过去后，虽然驱动电流已为为0 0，但，但LDLD有源区内的注入载流子并未完全消失，接着再来一有源区内的注入载流子

39、并未完全消失，接着再来一个个1 1码，相当于在残存的非平衡载流子之上叠加新的载流子，码，相当于在残存的非平衡载流子之上叠加新的载流子，造成造成第二个脉冲的宽度和幅度都大于前一个光脉冲。第二个脉冲的宽度和幅度都大于前一个光脉冲。输入脉输入脉冲为连冲为连0 0后，光脉冲才能恢复正常波形。这种效应在非平衡载后，光脉冲才能恢复正常波形。这种效应在非平衡载流子寿命接近调制脉冲系列的时隙宽度时更加明显。流子寿命接近调制脉冲系列的时隙宽度时更加明显。 因此，偏置电流一定要加得适当。因此，偏置电流一定要加得适当。（3 3）频率啁啾效应）频率啁啾效应 对应于直接调制信号的上升沿和下降沿，对应于直接调制信号的上升

40、沿和下降沿，LDLD有源区内注有源区内注入载流子密度的变化引起折射率变化，进而引起入载流子密度的变化引起折射率变化，进而引起LDLD发送端光发送端光信号波长的漂移。啁啾效应使信号波长的漂移。啁啾效应使LDLD输出频谱动态展宽。输出频谱动态展宽。第51页/共65页7.6.1 机械偏转 利用反射镜或多面反射棱镜的旋转，或者利用反射镜的振动实现光束扫描。 7.6 激光偏转技术 光楔偏转：光楔就是利用介质几何形状引起光偏转的，其偏转角为 dnldln1第52页/共65页 利用泡克耳斯效应，在电光晶体上施加电场改变晶体的折射率使光束偏转。实际的电光晶体偏转器是由两个z轴相反的晶体棱镜(如KDP棱镜)所组

41、成。 实际的电光晶体偏转器 如果激光垂直一个直角面射到图所示的下面的直角棱镜上，由折射定律可得出射光的偏转角为 （1）模拟式电光偏转 nn 为两个棱镜的折射率之差。为两个棱镜的折射率之差。7.6.2 电光偏转第53页/共65页施加电压后，上、下层棱镜中传播时光的折射率为 镜镜慢慢轴轴镜镜快快轴轴；方方向向为为BAx 36332EnnnooA)(23633EnnnooB36332EnnoodVndlEndnloo6333633 与外加电压V成线性比例关系，通过调节V可使光束发生连续偏转。 第54页/共65页 为了增大偏转角度，采用多块晶体棱镜串联，头尾2块为直角棱镜，中间位等腰三角形棱镜，总的偏转角为单级的m倍。m6330 dVn 第5