光电技术基础与实验-第8章光辐射调制

第8章光辐射的调 一般光电信号的调 调制检测光信号的优 光电信号调制的途 调制波及调制的分

利用物理光学原理实制技利 现象实现光调 折射进行光调利用声光效应的光调 例例：激光

3回波回波距离：D=0.5×c 光电信号变换与处例例：激光测量时间

C 光强度光强度调制，··· 光强度调制，··· IE2IE20 E0cos(2vt （辐通量（辐通量

例2光纤通信系统

光

C 二次调

RL放大 IIE20 一般光电信号的调制检测光信号 2.光电信号调制的途

图1 pulsIR及其SEM显微 Ion IonOptics现提供三种封装形式的脉冲红外光源，其

PU R

PI2

对光电器件产生的光电流进行

图2在光电器件输出至放大器间进行光电信在光源与光电器件的途径中进 常用的机械调制盘及

图3 面为宽度不等的矩形，所形成的调制波形是、梯图4 圆盘形调 图5 利用电磁感应的图6电磁感应调制器图7 受抑全反利用全反射条件成立与否可实现光调制。它还可将一束入射光分解为两束直角棱镜的斜面密合在一起，其中一块位置固定称固定棱镜，另一块下部与压电晶体相联接称运动棱镜。压电晶体在外加交变电压的作用下产生变形，从而带动运动棱镜上下振动，使得两棱镜斜面间产生光学接触或分离两种状态。在交变电压作用下，压电晶体周期性地变图8形，使入射光束分解为两束相互垂直相位相反的调制光 移动光轴图 移动光轴的调制 （6）正弦波形调制制器。三角形底边长为b，高为h＝0，通光面积S＝0时作为起始计算点。按三角关系知h'hcosbb(hhbcosShbhbcos21hb(1cos2由式可见通光面积与转角之间是正弦

图10旋转叶片正弦调制（6）正弦波形另一种正弦调制器的方案如图11所示。它利用半对运动光束实现调制。大小圆半径分别为R和r，当两圆中心间距与r相比较小时，那么新月形缝宽的变化规律基本上是正弦函数。工作时旋转中心是小圆的圆图11 调制波及调制的设某交流波的瞬时值a(t)a(t)a0sin(t)a0sin(2ft)a0sin a0 为交流波的振幅；2f为圆频率；f为频率；为初相角为相位角； 调制可分为三类，调幅(0)、调频 和调相()。实际上常产生混合调制，如调 目标偏移量的在或瞄准系统中利用调制获得的误差信号就物点Mˊ的位置可用极坐标Mˊ,)表示。目标Mˊ在像方的像点为M点，用极坐标表示为M)，具体表达f

式中，f为物镜的焦

图12 调幅型调制的阳式调制盘来说明，其原理如图13于像面即物镜焦面上 图13调制型调制盘原某目标像点落在调制盘的A点处，像点位于调制盘的不同径位置上，所占透明区的面积不同，透过的通量W也不同是离 愈远占透明区的面愈，之占明的积Wf(,)，而Sg()，因此亦Wf[,g(因矢径fgq，所以有W 图14 背景背景大张目标小张 目标方位：目标目标方位：目标M像点M 像点调调制信号 用调制盘确定目调制信号初相位－－ 用调制盘确定目标方调制信号初相位－－ 用调制盘确定目标方A At调制调制信初相位

t 123静止目123静止目标像－>交流信号，抑制噪和光源波动的影进行空间滤波，抑制背景噪声提供目标方位空间信息调调制盘是一种光强度调制恒恒定辐射通量－－>周期性辐射通 图15 调频型调制的通过图16分的格子数不同，由内向外每增同就可得知目标像所处调制盘上置图16的调制盘目标所在的

图16调频式调制图17能反应方位的调频式调制 则F(t)FGcos[tMsin(t0

(t)为所获调制波函数；FG为目标像环带，M为当格子按均匀分布时的载波角频率；为目标像所在环带的调制系数；调制盘的旋转频率为目标像点的方位

图18调相型调制的图19盘R为半将圆盘分为个域每区都采初升 式制，两相位差圈圈及区边上时产生0所示的制形通鉴路就解出标偏号，不能反映离方位。图19调相式调制 图20调制波 典型的计

小夹主主光栅--定光指指示光栅BPB 典型的计

Φ

xP cos(2 cos(2xmP 主主光栅刻线密刻线密度---测量精度 、、、 125线/mm)指指示光栅10510.50.1 利用物理光学原理实现的光调制利 现象实现光调由光 理论中可以知道，不论是两束光还是多束光涉，决 条纹及其变化的是相干光束间 场中产生相位差，或与其对应的光程差，两者间的关系2/ 所采用光束的波长图21仪附加压电晶体来完成光调制的

利用偏振光振动面旋转进行光利用电场作用下晶体的旋光产利用“法拉弟”旋光效应产生的光调 复习光学若入射的是自然光－－起偏P I0III0 复习光学内若入射的是线偏光－检偏P

AA0偏振

II0

cos2 AeAAeAcosθAoAnθΔδ2πΔλ2线偏光经过1/4波 利用偏振光振动面旋转进行光利用电场作用下晶体的旋光产生有些晶体在外加电场作用下产生旋光现象。所产生旋转角的晶体使偏振光振动面旋转角度也是一个随时间变化的正弦函msin 式中为在外加电 2 I cos2( sin 式中，为起、检两偏振器主方向P1和P2间的夹

图22利用旋光进行光调制装 图23两种放置方2图23所示是和0时各量间的关系。实际使用中常采2P1的方式，调制光强的公式 IIsin2

利用“法拉弟”旋光效应产生的光调该效应使偏振面旋转的角度

式中，V为物质的费尔德常数，它表征磁偏物质的旋光能力；H磁场强度；L图24所示图24利用磁旋光实现光 磁偏物质中的交变磁场B交变电流II0sint，则B为旋光转角

BB0msintB0VLsin

造成输出调制光

IIcos2(BVLsin

当 2

IIsin2(sin

， ，

图25延长作用离的方 折射进行光调的寻常光和折射率为ne的非寻常光。这两束光经过晶体后，形成一定的相位差，2，d(n0ne)，d为晶体的厚度。这两束光具 eo光 光强度I0II[cos2()sin2sin2sin20n0n0

式中，两光束间的相位差，

d代入上式，则 2 2 I0[cos sin2sin

图26利用晶体双折射实现调制原

图27光束方位振电电光调制－－是指利用晶体的电光效应制成的调制调制频率～10GHz论上可达 利用克尔效应图28利用克尔效应实现光调 (6H5NO2)，它在强电场n0ne，它与电场强度的平方成正比。两束nL

式中，为光束的波长；LK为介质的克尔系数。通过该装置的光强0II[cos2()sin2sin2sin2(KLE20

如果两极板间距离为d，所加电压为U，对应电场强度EU，则2d2 2 2 I0[cos sin sin sin(KLd

当外加交变电压UU0sint时，就实现 装置中偏振器方向和电场方向常采用图29所示的两种方按 案放置，，输出光强度4II0[1sin2U

2d20Icos2 0d

图29偏振器放置方 n0neL (KP(DP钽酸锂(、所示图30两种泡克耳效应调制方 图31是利用压电晶体实施光调制的原理示意图，P1,P2绘于图中图31泡克耳效应调制系如当3时，输出光强 II0sin2 )I0sin2

当施加交变电UU0sintEE0sint电场，则I I )

sin

电光调制工作点的选择结合图32加以说明图32电光调制工作点的选 (3)利用在磁场作用下介质产生的双折射实现光用下的介质长度为LCLB

式中，C为与介质性质、温度及波长有关的常数；B强度 如图3图33四晶体电光调制结 利用声光效应的光调光波 时被超声波衍射的现象叫做声光效应为说明声光效应过程，定义声光特征参量Q(K2L)/0

矢；为介质中超声波的波长；s为介质中超声波的速度；fs为超波的频率；0为光束在真空中的波长；L为声光相互作用的长度衍射图案。这一效应产生在液体介质苯、四氯化碳、甘油和甲苯等，叫作德拜—纳恩效应。下面以德拜—席尔斯效应为例说明声光调制的原理。图34所是该效应的原理

图34超声衍射 当一个波长为，角频率为的平行光束，垂直入射到长度为d、折射率n0是的矩