《光束调制和扫描》PPT课件

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,*,UP,DOWN,BACK,*,共24页,*,3.4 光束的调制和扫描,磁光调制主要是应用法拉第旋转效应,使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转,例如：,法拉第旋转器的应用,1.磁光体调制器,z,z,H,dc,45,入射光,起偏器,调制信号,检偏器,YIG棒,磁光调制示意图,为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场,H,dc,，其强度足以使晶体饱和磁化。,工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场强度H。,s,：是单位长度饱和法拉第旋转角；,：是调制磁场,如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光。,2.磁光波导调制器,TM,TE,TM,x,z,y,磁光波导模式转换调制器,在磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，当电流通过蛇形线路时，蛇形线路中某一条通道中的电流沿y方向，则相邻通道中的电流沿,y,方向，该电流可产生,z,、,z,方向交替变化的磁场，磁性薄膜内便可出现沿,z,、,z,方向交替饱和磁化。,蛇形磁场变化的周期为,：,TE,模和,TM,模传播常数之差。,可将输入,TM,模的（,=1.52,m,）52%的功率转换到,TE,模上去。磁光波导模式转换调制器的输出耦合器一般使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的,TE,和,TM,模分成两条光束。,3.5直接调制,直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管LD或半导体发光二极管LED），从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。,根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟调制和数字调制两种。,半导体激光器（LD）直接调制,半导体发光二极管（LED）的调制,激光源,驱动器,光纤,光信号输出,电信号,输入,直接调制,1.半导体激光器（LD,Laser Diode,）直接调制的原理,半导体激光器是如何发光的？,10,5,0,0 50 100,I,t,150,驱动电流(mA),输,出,功,率(mW),半导体激光器的输出特性,100,80,60,40,20,850 950 1050,波长(,m),相对辐射强度(%),高于阈值,低于阈值,半导体激光器的光谱特性,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,I,b,，这样就可以使输出的光信号不失真。,输出功率,直流偏置,调制信号,输出光强信号,t,t,t,(b),C,L,LD,调制信号,直流偏置,(a),半导体激光器调制(a)电原理图；(b)调制特性曲线,半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。,2.半导体发光二极管（LED,Light Emitting Diode,）的调制特性,半导体发光二极管是如何发光的？,LD,2,LD,1,LED,1,LED,2,LED,3,LED,4,I,(mW),P,o,ut,(mW),16,14,12,10,8,6,4,2,0,0,100 200 300 400,LED与LD 的,P,out,-I,曲线比较,半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率不像半导体激光器那样会随注入电流的变化而发生突变，因此，LED的PI特性曲线的线性比较好。,3.半导体光源的模拟调制,LED,U,b,+,E,c,I,c,已调光波,(a),P,out,I,t,I,co,(b),模拟信号驱动电路激光强度调制(a)驱动电路；(b)LED工作特性,无论是使用 LD或LED作光源，都要施加偏置电流,I,b,，使其工作点处于LD或LED的PI特性曲线的直线段，,其调制线性好坏与调制深度,m,有关：,4.半导体光源的脉冲编码数字调制,P,out,I,b,I,D,t,t,I,(a),O,P,out,I,O,t,(b),数字调制特性(a)加,I,b,后LD数字调制特性；(b)LED数字调制特性,线性矩形调制,数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”码对光源发出的光波进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制，即先将连续的模拟信号通过“抽样”变成一组调幅的脉冲序列，再经过“量化”和“编码”过程，形成一组等幅度、等宽度的矩形脉冲作为“码元”，结果将连续的模拟信号变成了脉冲编码数字信号。然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强度调制,调制器及波形,由于数字光通信的突出优点，所以其有很好应用的前景。,首先因为数字光信号在信道上传输过程中引进的噪声和失真，可采用间接中继器的方式去掉，故,抗干扰能力强,；,其次对数字光纤通信系统的,线性要求不高,，可充分利用光源（LD）的发光功率；,第三数字光通信设备便于和脉冲编码电话终端、脉冲编码数字彩色电视终端、电子计算机终端相连接，从而组成既能传输电话、彩色电视，又能传输,计算机数据的多媒体综合通信系统,。,知识延伸,简述光纤通信中激光器直接调制的定义、用途和特点。,答：直接调制：即直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小，改变激光器输出光波的强弱，又称为内调制。,传统的PDH和2.5Gbits速率以下的SDH系统使用的LED或LD光源基本上采用的都是这种调制方式。,直接调制方式的特点是:,输出功率正比于调制电流，简单、损耗小、成本低,SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列),PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字系列),编码器可分为信源编码和（）两部分,信道编码,阐述光源半导体激光器LD和半导体发光二极管LED的主要区别和作用。,答：LD和LED相比，其主要区别在于，前者发出的是激光，后者发出的是荧光，因此，LED的谱线宽度较宽，调制效率低，与光纤的耦合效率也较低；但它的输出特性曲线线性好，使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。而LD一般适用于长距离、大容量的传输系统，在高速率的PDH和SDH设备上已被广泛采用。,