1、3.1光束调制原理光束调制原理第三章第三章 光束的调制和扫描光束的调制和扫描本章要求：本章要求： 1 1 了解光调制的一般概念了解光调制的一般概念. . 2 2 掌握各种调制的原理与特点掌握各种调制的原理与特点.(.(重点与难点重点与难点) )本章内容：本章内容： 3.13.1光束调制原理光束调制原理 3.2 3.2 电光调制电光调制 3.3 3.3 声光调制声光调制 3.4 3.4 磁光调制磁光调制 3.5 3.5 直接调制直接调制 3.6 3.6 光束扫描技术光束扫描技术3.1光束调制原理光束调制原理光调制光调制是指将信息加载于是指将信息加载于激光激光的过程，完成这一过程的过程，完成这一过
2、程的装置称为的装置称为调制器调制器。激光调制分类：激光调制分类：1 1 按调制器与激光器的关系分按调制器与激光器的关系分, ,有有外调制外调制和和内调制内调制。外调制：外调制：指调制激光器输出的稳定光束的某个参数，指调制激光器输出的稳定光束的某个参数，使其随调制信号而变化。使其随调制信号而变化。外调制是目前广泛使用的外调制是目前广泛使用的调制方法。调制方法。3.1光束调制原理光束调制原理内调制：内调制：又称直接调制又称直接调制，指直接调制激光振荡器的，指直接调制激光振荡器的参数，使输出的激光束的某个参数随调制信号而变参数，使输出的激光束的某个参数随调制信号而变化。化。(如将调制信号作为泵浦电流
3、如将调制信号作为泵浦电流,多用于半导体激多用于半导体激光器光器;或者在腔内插入调制器或者在腔内插入调制器).3.1光束调制原理光束调制原理2 2 按照激光载波受调制参数分类，可分为按照激光载波受调制参数分类，可分为: : 调幅、调频、调相和强度调制。调幅、调频、调相和强度调制。3 3 按激光载波的能量分布形式分类：按激光载波的能量分布形式分类： 连续调制和脉冲调制。连续调制和脉冲调制。4 4 按调制信号的能量分布形式分类：按调制信号的能量分布形式分类： 模拟调制和数字调制。模拟调制和数字调制。一般一般, ,改变光的强度或改变激光总相位的技术称为改变光的强度或改变激光总相位的技术称为光调制光调制
4、，改变光束传播方向的技术称为，改变光束传播方向的技术称为光扫描光扫描，有时把二者统称为光调制。有时把二者统称为光调制。激光调制分类：激光调制分类：1 1 按调制器与激光器的关系分按调制器与激光器的关系分, ,有有内调制和外调制内调制和外调制。3.1光束调制原理光束调制原理1 1、幅度调制、幅度调制(调幅调幅)使使载波振幅载波振幅按调制信号的规律而变化。按调制信号的规律而变化。设激光载波为：设激光载波为：)cos()(ccctAtE 设调制信号为简谐波设调制信号为简谐波: :tAtammm cos)( 把调制信号加到振幅上把调制信号加到振幅上, ,得调幅信号：得调幅信号：) 43()cos(2)
5、cos(2)cos()cos()cos1 ()cos()()( cmcCacmcCacccccmacccmactAmtAmtAttmAttakAte )/(称称为为调调幅幅系系数数cmaaAAkm 3.1光束调制原理光束调制原理表明，表明，调幅波调幅波频谱由三个频率成分组成：频谱由三个频率成分组成： c c， c c- - m m， c c+ + m m ( (如图如图3-1).3-1).) 43()cos(2)cos(2)cos()cos()cos1 ()( cmcCacmcCacccccmactAmtAmtAttmAte 加法器加法器 0 0- - m m 0 0 0 0+ + m m3.
6、1光束调制原理光束调制原理2 2、频率调制和相位调制、频率调制和相位调制 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化而改变。由于这两种调制波都表现制信号的变化而改变。由于这两种调制波都表现为总相角为总相角 (t) 的变化，因此统称为的变化，因此统称为角度调制角度调制。可写成统一的形式可写成统一的形式)103()sincos()( cmcctmtAtE m m表示调频系数或调相系数。表示调频系数或调相系数。3.1光束调制原理光束调制原理)113()cos() 1()cos()cos()()(10 cmcnncmcncccctntnmJAtmJAte
7、按三角公式展开，按三角公式展开，得到得到: 注：注：n阶一类贝塞尔函数阶一类贝塞尔函数Jn(x) : 教材有误教材有误!3.1光束调制原理光束调制原理)113()cos() 1()cos()cos()()(10 cmcnncmcncccctntnmJAtmJAte 角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布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组成。的无穷多对边频组成。3.1光束调制原理光束调制原理)113()cos() 1()cos()cos()()(10 cmcnncmcncccctntnmJAtmJAte 当当mm /2(/2(弱调角弱调角) )，角度调制波角度调制
8、波只产生上、下边频只产生上、下边频带带,类似于调幅波类似于调幅波.3.1光束调制原理光束调制原理调频与调相虽然数学处理和形式上一样，但两者调频与调相虽然数学处理和形式上一样，但两者的物理调制过程是不同的，的物理调制过程是不同的，调制设备完全不同调制设备完全不同。通常调相更容易，而激光频率太高，调频实现较通常调相更容易，而激光频率太高，调频实现较困难困难。调频调频调相器调相器调制信号调制信号t3.1光束调制原理光束调制原理3 3、强度调制、强度调制 强度调制使光载波的强度强度调制使光载波的强度( (光强光强) )随调制信号规律随调制信号规律而变化，光束调制多采用强度调制形式，这是因为接而变化，光束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强。收器一般都是直接响应其所接收的光强。光束强度定义为光波电场的平方光束强度定义为光波电场的平方： )(cos)()(222ccctAtEtI 强度调制的光强可表示为强度调制的光强可表示为：)(coscos1 2)(cos)(1 2)(2222ccmpcccpcttmAttakAtI 3.1光束调制原理光束调制原理强度调制的过程如下图所示。强度调制的过程如下图所示。强度强度调制器调制器调制信号调制信号t
