电光调制基础

电光调制•基础EOM(ElectroopticModulator)将信息加载于激光的过程称之为调制，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息称为调制信号。电光在激光器外的光路中进行调制，为外调制。(内调制：加载调制信号在激光振荡过程中进行，调制信号改变激光器的震荡参数，从而改变激光输出。激光谐振腔内放置元件。)•分类调幅、调频、调相、强度调制1.振幅调制使载波的振幅随调制信号而变化，简称调幅。producesanoutputsignalthathastwicethebandwidthoftheoriginalbasebandsignal.激光载波的电场强度为：E0(t)=々cos®。t+,)调制信号a(t)=Acos^tA机和①m分别是调制信号的振幅和角频率。调制之后，激光振幅A0与调制信号成正比。其调幅波的表达式为：E（t）=A［1+mcos3t］cos（3t+。）E（t）=Acos（3t+。）+-2uAcos［（3+3）t+。］+/Acos［（3-3）t+。］ma=Am/A0为调幅系数。调幅波的频谱三个频率成分：第一项是载频分量，二、三项是因调制而产生的新分量，为边频分量。

A0mA0mAa0a02勺一3 3 3+3PS:Single-sidebandmodulationArefinementofamplitudemodulationusestransmitterpowerandbandwidthmoreefficiently.Single-sidebandmodulationavoidsthebandwidthdoublingandtakesadvantageofthefactthattheentireoriginalsignalisencodedineitheroneofthesesidebands.s(t)=s(t)cos(2兀ft)一s(t)sin(2兀ft)(quadratureamplitudemodulation)ssb 0 0单边带调制最常用的是滤波法是分双边带信号形成和无用边带抑制两步完成的。双边带信号由平衡调制器形成。由于调制器的平衡作用，载频电平被抑制到很低。无用边带的抑制，是由紧跟在平衡调制器后面的边带滤波器完成的。边带滤波器是一带通滤波器，若下边带为无用边带，则恰当地选择其中心频率和通带宽度，让上边带信号通过而抑制下边带。当需要形成多路独立边带信号时，就需要有相应数目的单边带信号产生器，它们具有不同的载频和不同中心频率的边带滤波器。然后把这些占有不同频段的单边带信号线性相加，便可得到多路独立边带信号。

.频率调制（府）和相位调制（PM）光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变。两种调制波都表现为总相角。«）的变化，统称角度调制。将瞬时频率（瞬时相位）在原有基础上新增随调制信号线性变化的频率（相位）分量。角度调制相比幅度调制抗干扰能力强、载波功率利用系数高、占有频带宽。频率调制相位调制变化量角频率①3(t)=①+A^())=3+ka(t)相位角0总相角%)二13(t)dt+。=3t+Jka(t)dt+0=3t+〕k(Acos3t)dt+0=3t+msin3t+00(t)=3t+0+1a(t)=3t+0+'Acos3t调制波E(t)=Acos(3t+msin3t+0)E(t)=Acos(3t+m0cos3t+0)系数调频系数m=匕二”f 3m 3mkf比例系数调相系数m0=k0Am综合实质都为调制总相角E(t)=Acos[3t+msin3t+0]=A[cos(3t+0)cos(msin3t)—sin(3t+0)sin(msin3t)]BESSELcos(msin3t)=J(m)+2^^J(m)cos(2n3t)m / n=12n msin(msin3t)=2乙^[J (m)sin((2n—1)3t]m n=12n—1 mE(t)=AJ(m)cos(3t+0)+AZsJ(m)[cos(3+n3)t+0]+(—1)n[cos(3—n3)t+0]0 n=1n 0 m 0 0 m 0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。边频间的频率间隔是①）幅度的大小Jn（m）由贝塞尔函数决定。.强度调制光载波的强度（光强）随调制信号变化。激光调制通常多采用强度调制形式，因为接收器（探测器）一般直接地响应其所接收的光强度变化。激光的光强:/（t）=e2（t）=A2cos2（①0t+,）强度调制的光强表达式可写为：I（t）=A2[1+ka（t）]cos2（3°t+《）kp为比例系数。设调制信号是单频余弦波a（t）=Amcos（①/）将其代入上式，并令kpAm=mp（称为强度调制系数）I（t）=与[1+mCOS3t]cos2（3t+中）.脉冲调制以上调制得到的调制波都是连续振荡的波，称为模拟式调制。不连续状态下进行调制的脉冲调制和数字式调制（也称为脉冲编码调制）。它们一般是先进行电调制（模拟脉冲调制或数字脉冲调制），再对光载波进行光强度调制。脉冲调制是用一种间歇的周期性脉冲序列作为载波，这种载波的某一参量按调制信号规律变化的调制方法。.先用模拟调制信号对电脉冲序列的某参量（幅度、宽度、频率、位置等）进行电调制；（按调制信号规律变化，成为已调脉冲序列）.然后再用这已调电脉冲序列对光载波进行强度调制，就可以得到相应变化的光脉冲序列。周期脉冲序列载波电光效应晶体中在某一方向上加调制电压（外加电场），晶体折射率发生相应改变。而在双折射作用下,导致光场通过该介质后传输特性发生改变。线性电光效应1.折射率椭球通式有6个分量.1)」%2+>2+-z2+2—yz+2—xz+2—xy=1%2+当晶体加上电场E后折射率各分量都有一个附加折射率变化，考虑E为线性关系fy£=y£+y£+y£i=l〜6ijjil1i22i33j=ly--电光系数，有18个分量，矩阵表示11Y12Y13Y21Y22Y23Y31Yfy£=y£+y£+y£i=l〜6ijjil1i22i33j=ly--电光系数，有18个分量，矩阵表示11Y12Y13Y21Y22Y23Y31Y32Y33Y41Y42Y43r\f151VY52Y53YL61Y62Y63」2.KDP晶体——复四方偏三角面体y=yw0yw041 5263Aijj=lX2+>2+——n2eY4100+2y11L—=—+yEn2

y'1H263z01 l=--yE

几2 63z010000y52000000EXEyEzXf2y'2 7'2Exy=\—+^—+—=l63z n2X*d—=--dn

〃2ri3n2

v'n2

z'=nodn=1--n〃2y,nz'=noE

63zn2mz'e电致折射率变化。3.电光相位延迟

一2兀=2兀(r2兀 2兀①=九 八①=尢5—n)L=尢n3yEL=尢n3yV半波电压：光程差Q-n)L为半个波长(相位差为冗)：V=—L_y' x, 冗/22n3y0634.偏振态相位延迟：一线偏光，垂直x'-丁'平面入射，分解为相互垂直的x'、y'两个偏振分量:3/ 1-0-(n-—n3yE)L}C0 2063z-Aexp{“3-Aexp{“3t--0-(n+—n3yE)L}C0 2063z输出:E2 E2 输出:E2 E2 2E2E2+-——x^yicosAp-sin2AQA2 A2 AA1 2 12V0 Ap-2n兀EEE,tan0由线偏转为线偏V兀/4V兀/2E2E2Ap-(2n+—)兀+ -1A-A为圆偏光A2 A2 1 212Ap-(2n+1)兀E=E,tan(-0)由线偏转为线偏偏振旋转205.电光强度调制।输出,电压।输出,电压EE产生相位差小‘Ey'-A A在y方向上的分量之和E--[exp(-iAp-1)](偏振引起！)-Aexp(-1Ap) ) yJ2Ap、输出光强：I*EUE*-2A2sm2()

yy 2I 心中、透射率T=—=sin2(__)=sm2(__)TOC\o"1-5"\h\zi 九在T=0.5调制线性不失真兀 兀A①需要在下附近震荡，则人平需要在^左右震荡。m4 2,兀， V总相位差：A①二k+A①sin3tAq=兀寸为相应于外加调制信号电压V的相位差。2mmmV m兀I./兀Aq.八.1rlT=一二sin2(+——msin3t)=—[1+sin(Aqsin3t)]I 4 2m2 mmi3=_+ZJ (Aq)sin[(2n+1)3t]2n+1 m mn=0V为避免高