光电子技术LectureNew11

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光电子技术（,11,）,3,、脉冲调频,(PFM),PFM,是使激光载波脉冲的重复频率随调制信号幅度变化，教材上写,脉冲调频信号为：,我认为此式表示的是一个均匀脉冲序列，只是每个脉冲中激光振荡,的初相位不同吧了。正确的表达式应该是：,上式表示时间平移，而平移量随调制信号变化，所以序列不均匀，即,脉冲调频。如,图,58a,所示。,4,、脉冲位置调制,使周期脉冲的位置随调制信号变化，结果与脉冲调频一样。调位信,1,光电子技术（,11,）,号可表示为：,p,为脉冲序列周期。调制结果,如图,。,脉冲调位和调频具有较强的抗噪声能力，在半导体激光通讯中得,到广泛应用。,三、脉冲编码调制,前面的连续调制和脉冲调制均为模拟调制，通过使光束的某一个,参数随信号变化实现信号的调制与传输。如果噪声也使被调制参数,发生变化，接受者就不能区分这种变化是信号或是噪声，所以，,模拟调制的抗干扰能力差。为此，发展脉冲编码调制技术，它是数,字调制。具有强的抗噪声干扰能力。,2,光电子技术（,11,）,脉冲编码调制（,PCM,）首先通过,A/D,转换器,将模拟信号转换为某,一字长的数字信号。然后再逐位调制光载波的某个参数，实现信,息光传输。显然，,PCM,中的每个脉冲只代表一数字化信号中的一,个位，而一个位可能为,0,或,1,，所以只要用“强”或“弱”脉冲分别表,示,1,或,0,即可，而脉冲幅度在容许范围内的变化并不具有实际意义，,这就是,PCM,能抗噪声干扰的原因。然而，,PCM,的强抗干扰能力是,以牺牲传输速率为代价的。例如,A/D,为,8,位，那么就要,8,个脉冲才,能代表一个状态。同样传输带宽的有效数据传输速率就只有模拟,传输的,1/8,，或者反过来，要保持两者相同的有效数据传输率，,PCM,传输的带宽就要增至模拟带宽的,8,倍。为了既保持,PCM,的强,抗干扰能力，又保持有效传输带宽不减少，所以采用数据编码和,压缩技术。数据编码与压缩是通讯领域的重要研究内容。也是数,据存储中的重要研究内容。,3,光电子技术（,11,）,1,、,PCM,强度调制,PCM,包括强度、频率和相位调制,强度调制就是以强脉冲表示数字位“,1”,，而以弱脉冲表示数字位,“,0”,。如,8,位,A/D,采样获得的,8,位字“,11001001”,的强度调制脉冲为：,201,2,、,PCM,频率调制,PCM,频率调制是利用两种不同频率的激光脉冲分别表示数字位“,1”,和“,0”,。例如,8,位字“,11001001”,的频率调制为：,3,、,PCM,相位调制,PCM,相位调制相当于脉冲位置调制。以标准位置脉冲表示位“,1”,，,4,光电子技术（,11,）,而以移位脉冲表示数位“,0”,，如,8,位字“,11001001”,的相位调制脉,冲为：,3.2,、,电光调制,上一节讲的各种调制（连续、脉冲和脉冲编码）技术都需要通过,调制器来实现。调制器如何实现调制就是下面要讲的内容。,一、晶体光学基础,双折射现象：当一束光折射进某些物质中产生两束折射光束的现,象。一束光称为寻常光（,o,光），另一束光称为非寻常光（,e,光）。,o,光：折射率与传波方向无关的光束，即各向同性光束。,5,光电子技术（,11,）,e,光：折射率随传波方向变化，即各向异性光。,光轴：双折射材料中，不改变光的偏振状态、不产生双折射的传,播方向。,主平面：由光线与光轴组成的平面。,O,光主平面：,o,光波矢量与光轴组成的平面,e,光主平面：,e,光光线矢量与光轴组成的平面,主截面：,e,光主平面与,o,光主平面重合的平面。,O,、,e,光的偏振：,o,光的偏振方向垂直于主截面，而,e,光的偏振方,向位于主截面内。,O,、,e,光的偏振方向互相垂直。,6,光电子技术（,11,）,折射率椭球,在各向异性晶体中，电位移矢量 与电场矢量 之间通过电介张,量联系起来，即：,通过选择适当的坐标系,XYZ,，可以实现电介张量,ij,的对角化，即,称这样的,XYZ,坐标轴为介电主轴。在介电主轴坐标系中，光率体,为一椭球，椭球方程为：,7,光电子技术（,11,）,因 ，所以，光率体可写为：,上式即为在主坐标系中的双折射晶体的折射率椭球方程。,n,x,，,n,y,，,n,z,分别为沿,X,，,Y,，,Z,方向的主折射率。,折射率椭球的性质：,双折射晶体中，任一波矢量 对应两个相互正交偏振的电位移分量,D,1,和,D,2,，过折射率椭球中心做与 垂直的平面，此平面与椭球相交形成一椭圆，则,（,1,）、,D,1,与,D,2,分别平行于相交椭圆的长、短轴方向。,8,光电子技术（,11,）,（,2,）、沿,D,1,和,D,2,偏振的两个分量的折射率分别等于对应的椭圆主,轴的半长度。,正单轴晶体：非寻常光折射率,n,e,大于寻常光折射率,n,o,的单轴晶体。,负单轴晶体：指,n,e,n,o,的单轴晶体。,单轴晶体：只有一个光轴的双折射晶体。单轴晶体的折射率椭球为,绕光轴的旋转椭球。,二、电光效应,指晶体的折射率随外加电场而变化的效应。电光效应有一阶、二阶,效应，电光调制是利用一阶，也即线性电光效应。,在任意直角坐标系中，折射率椭球方程可表示为：,9,光电子技术（,11,）,外电场作用下，折射率椭球系数发生变化，变化量为：,三、线性电光效应,线性电光效应引起的折射率椭球系数变化量为：,ijk,为三阶张量，有,27,个分量。但由于晶体对称性要求 ，,故,ijk,中只有,18,个独立分量。将,ijk,中的双下标,ij,用一个下标,m,替换，,即为,mk,，其中,m=1,，,2,，,，,6,。,m,与,ij,的对应关系为：,10,光电子技术（,11,）,ij: 11,，,22,，,33,，,23,，,32,，,13,，,31,，,12,，,21,m: 1,，,2,，,3,，,4,，,5,，,6,折射率椭球方程该写为：,系数变化量为：,或,11,光电子技术（,11,）,下面分析,KDP,晶体的电光效应,KDP,晶体的电光张量为：,加电场下，折射率椭球各系数,的变化量为：,在主轴坐标系中，,12,光电子技术（,8,）,加电场下，折射率椭球各系数的变化量为：,在主轴坐标系中，,外加电场下折射率椭球方程为,:,四、纵向和横向电光调制,纵向电光调制指电场方向与光波矢量平行，而横向电光调制指电场,方向与光波矢量垂直。,13,复习要点,1,、脉冲调制技术，物理意义及调制信号的数学表示？,2,、脉冲编码调制？量化、编码的物理意义？,3,、脉冲编码技术？脉冲编码调制的优点，缺点？,4,、双折射现象、主平面、主截面？,O,、,e,光的偏振态？,5,、折射率椭球及其物理意义？如何依据折射率椭球确定光的偏,振态？,6,、线性电光效应及其计算？,14,作业十一,1,、脉冲调制和脉冲编码调制的异同和优缺点？,2,、已知单轴晶体的折射率椭球和波矢方向，如何确定对应该波,矢的两个可能的线偏振光的振动方向？,15,