新编-第08章光学信号的调制-精品课件.ppt

1、理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系课程主要内容四大部分：课程主要内容四大部分：理论基础理论基础光电信号光电信号变换与处理变换与处理光辐射源光辐射源光电探测器光电探测器光电系统光电系统分析设计分析设计光电信号变换与处理光电信号变换与处理例：激光脉冲测距例：激光脉冲测距主波主波回回 波波距离：距离：D=0.5 c t光学信号光学信号变换变换光电信号光电信号变换变换光电信号变换与处理光电信号变换与处理例：激光脉冲测距例：激光脉冲测距测量时间测量时间t 电学信号电学信号变换变换理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系光学信号变换光学信号变换 光电信号光电信号变换与处理变换与处理光电信

2、号变换光电信号变换电学信号变换电学信号变换光学信号变换光学信号变换 举例举例场镜、浸没透镜等光学系统场镜、浸没透镜等光学系统会聚会聚目标辐射能量目标辐射能量红外导引头 探测系统 光学信号变换光学信号变换 举例举例光强度光强度调制，调制，光纤通信系统光纤通信系统 光学信号变换光学信号变换 举例举例光机光机扫描扫描扩大视场扩大视场光谱光谱滤波滤波消除背景辐射干扰消除背景辐射干扰色散色散光栅实现光谱的空间分离光栅实现光谱的空间分离光强度光强度调制，调制，光电系统中光学信号变换有着重要的意义，其光电系统中光学信号变换有着重要的意义，其变换方法变换方法也很多。本章重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏也很

3、多。本章重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏振等参数的振等参数的调制调制。场镜、光锥等光学系统场镜、光锥等光学系统会聚会聚目标辐射能量目标辐射能量理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系第第0808章章 光学信号的调制光学信号的调制8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.3 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.4 8.4 调制信号的解调调制信号的解调8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述光波是信息的载体，通常称为光波是信息的载体，通常称为光载波光载波。1.1.载波的特征参数？载波的特征参数？2.

4、2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 3.3.二次调制的意义二次调制的意义 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述1.1.光载波的光载波的特征参数特征参数 人眼和探测器起作用的是光波的电场强度人眼和探测器起作用的是光波的电场强度 00c o s(2)EEv t振幅振幅频率频率相位相位特征参数：特征参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方传播方向向，20IE 光的强度光的强度 （辐通量辐通量）光强光强是使用最为广是使用最为广泛的特征参数泛的特征参数2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 8.1 8.1 光信号调制的

5、概述光信号调制的概述光学调制光学调制是指改变光载波的一个或者几个特征参数是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。的过程。特征参数：特征参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方传播方向向，一次调制一次调制二次调制二次调制 广义的广义的光学调制光学调制例例1.1.卫星遥感农作物产量卫星遥感农作物产量 地面植物反射太阳光的光谱，生长状况信息地面植物反射太阳光的光谱，生长状况信息 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 将信息将信息直接直接加载到光载波上的调制，称为加载到光载波上的调制，称为一次

6、调制一次调制 例例2 2 光纤通信系统光纤通信系统 将声音、图像信息加载到光波上将声音、图像信息加载到光波上 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 人为地人为地按确定的规律变换载波信号，称为按确定的规律变换载波信号，称为二次调制二次调制 脉冲调制脉冲调制将信息加载到光波上？将信息加载到光波上？8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 人为地人为地按确定的规律变换载波信号，称为按确定的规律变换载波信号，称为二次调制二次调制例例3：激光脉冲测距：激光脉冲测距主波主波回

7、波回波8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述例例4 4：利用调制光测量液体浓度：利用调制光测量液体浓度 液体浓度（信息）对光强参数的调制液体浓度（信息）对光强参数的调制 一次调制一次调制调制盘（确定时间规律）对光强参数的调制为调制盘（确定时间规律）对光强参数的调制为 二次调制二次调制 2.2.调制：一次调制和二次调制调制：一次调制和二次调制 8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述二次调制二次调制的意义？的意义？声音、图像声音、图像加载信息加载信息抑制干扰抑制干扰改善品质改善品质8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述 小结小结光波是信息的载体，通常称为光波是信息的载

8、体，通常称为光载波光载波。光学调制光学调制是是指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。将信息将信息直接直接加载到光载波上的调制，称为加载到光载波上的调制，称为一次调制一次调制 人为地人为地按确定的规律变换载波信号，称为按确定的规律变换载波信号，称为二次调制二次调制 光电系统中常用的调制光电系统中常用的调制大多是二次调制大多是二次调制20IE 光的强度光的强度 （辐通量）（辐通量）光强光强是使用最为广是使用最为广泛的调制参数泛的调制参数理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系第第0808章章 光学信号的调制光学信号的调制8.2 8.2 光信号调制

9、的基本原理光信号调制的基本原理8.3 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.4 8.4 调制信号的解调调制信号的解调8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.2.1 模拟调制模拟调制8.2.2 脉冲调制脉冲调制8.2.3 编码调制编码调制以光信号的以光信号的强度（强度（辐通量辐通量）调制）调制为例讨论，适用为例讨论，适用于光波的于光波的振幅振幅、相位相位和和频率频率等参数的调制等参数的调制 8.2.1模拟调制模拟调制0m()sin()tt0m()()sin ()()tV tV t tV t振幅调制振幅调制(AM)频

10、率调制频率调制(FM)相位调制相位调制(PM)8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理又称为又称为连续波调制连续波调制8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理1.振幅调制振幅调制(AM)载 波调制波调幅波8.2.1模拟调制模拟调制1.振幅调制振幅调制(AM)载波载波 信息信息 振幅调制：振幅调制：载波的包络变化载波的包络变化信息信息 例例.利用调制光测量液体的浓度利用调制光测量液体的浓度 载波载波 信息信息 思考：思考：如果溶液的如果溶液的浓度逐步加大，调制浓度逐步加大，调制波形？波形？1.振幅调制振幅调制(AM)0m()1()sin()tmV tt()sin(

11、)V tt0m()1sin()sin()tmtt载波载波 信息信息 振幅振幅1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响0m()1sin()sin()tmtt讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响0m()1sin()sin()tmtt讨论：讨论：调制指数调制指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响0m()1()sin()tmV tt()sin()V tt0m()1sin()sin()tmtt载波载波 信息信息 振幅振幅1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制讨论：讨论：调制指数调制

12、指数m 对调幅波形的影响对调幅波形的影响动态波形动态波形0m()1()sin()tmV tt()sin()V tt0m()1sin()sin()tmtt0mm()sin()1cos()cos()2ttmtt载波载波 信息信息 振幅振幅1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.18.2.1模拟调制模拟调制0mm()sin()1cos()cos()2ttmtt1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制调幅波频谱调幅波频谱()sin()V tt信息信息“频率频率”载波载波“频率频率”信号变换信号变换频率搬移频率搬移 调幅波频谱：调幅波频谱：单一频率调制信号单一频率调制信号 调幅波频谱：调幅波频

13、谱：多个频率调制信号多个频率调制信号 1.振幅调制振幅调制(AM)8.2.1模拟调制模拟调制5KHz2100Hz滤波器滤波器 调幅波带宽调幅波带宽 B=2F信号变换信号变换频率搬移频率搬移 理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系振幅调制应用实例振幅调制应用实例 8.2.1.模拟调制模拟调制理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系振幅调制应用实例振幅调制应用实例 8.2.1模拟调制模拟调制2.频率调制频率调制(FM)载波载波 信息信息 频率调制：频率调制：载波的频率变化载波的频率变化信息信息 8.2.1模拟调制模拟调制2.频率调制频率调制(FM)8.2.1模拟调制模拟调制0m()(

14、)sin ()()tV tV t tV t0()()V tV t0m00()sin()tttV t dt00()sinsin()mfttmtffmF-频率调制指数频率调制指数 mf 1 宽带调频宽带调频mf 1 宽带调频宽带调频mf 1 宽带调频宽带调频mf 1 宽带调频宽带调频mf 1窄带窄带调频调频 例：例：FM立体声广播立体声广播载波载波:94.6MHz、98.5MHz音频音频:20kHz2.频率调制频率调制(FM)8.2.1模拟调制模拟调制mf 周期性辐射通量周期性辐射通量 （1）静止目标像静止目标像交流信号，抑制交流信号，抑制噪声噪声 和光源波动和光源波动的影响；的影响；（2）进行进

15、行空间滤波空间滤波，抑制背景噪声；，抑制背景噪声；1)1)调制盘调制调制盘调制2)2)光栅调制光栅调制光栅光栅是具有是具有周期性周期性空间结构或光学性能（如透射率、空间结构或光学性能（如透射率、反射率等）的光学元件。反射率等）的光学元件。2.机电调制机电调制计量光栅计量光栅（空间周期（空间周期P）衍射光栅衍射光栅（空间周期（空间周期P）光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹典型的计量光栅典型的计量光栅结构：结构：2)2)光栅调制光栅调制小夹角小夹角主光栅主光栅-定光栅定光栅指示光栅指示光栅-动光栅动光栅光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹典型的计量光栅典型的计量光栅结构：结构：2)2)光栅调制光栅调制t光栅莫尔条纹光栅

16、莫尔条纹原理：原理：光通量明暗交替变化光通量明暗交替变化两光栅移动，莫尔条纹移动两光栅移动，莫尔条纹移动光栅位移信息光强信号光栅位移信息光强信号2)2)光栅调制光栅调制光栅莫尔条纹光栅莫尔条纹原理：原理：光栅光栅位移位移信息信息光强光强信号信号mcos(2)xP2)2)光栅调制光栅调制t用用计量光栅计量光栅实现光通量实现光通量幅度幅度调制：调制：莫尔条纹图案莫尔条纹图案 光栅每移动一个光栅每移动一个栅栅距距P，条纹就跟着，条纹就跟着移动一个条纹宽度移动一个条纹宽度B。mcos(2)xPxNP 2)2)光栅调制光栅调制应用举例：应用举例：光栅光栅线位移传感器线位移传感器测量范围：测量范围：100

17、mm-3000mm 分分 辨辨 率：率：10、5、1、0.5、0.1 m 2)2)光栅调制光栅调制主光栅主光栅-定光栅定光栅指示光栅指示光栅-动光栅动光栅刻线密度刻线密度-测量精度测量精度(10、25、50、100、125线线/mm)8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方传播方向向，8.3.2 光信号光信号相位相位的调制的调制 8.3.1 光信号光信号强度强度的调制的调制 8.3.3 光信号光信号频率频率的调制的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 理学院理学院 光电子与物理学系

18、光电子与物理学系8.3.1 光信号强度的调制光信号强度的调制可实现可实现强度调制强度调制典型的方法典型的方法2.2.机电调制机电调制3.3.光电子调制光电子调制1.1.辐射源调制辐射源调制 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法3.3.光电子调制光电子调制1 1）电光调制）电光调制 2 2）声光调制）声光调制3 3）磁光调制）磁光调制0 0 基本概念基本概念 8.3.1 8.3.1 光信号强度的调制光信号强度的调制是指某些晶体在电场作用下具有的是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应双折射效应，其双折射效应的其双折射效应的大小与电场强度大小与电场强度有关。有关。(1)(1)电光效应电

19、光效应o光光e光光光轴是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应，是指某些晶体在电场作用下具有的双折射效应，其双折射效应的大小与电场强度有关。其双折射效应的大小与电场强度有关。(1)(1)电光效应电光效应3632oUnUU泡克耳斯泡克耳斯（Pockels）效应）效应 U施加在电光晶体上的电压施加在电光晶体上的电压 U半波电压半波电压0I20IP偏振片偏振片20II(2)(2)偏振元件偏振片偏振元件偏振片若入射的是自然光若入射的是自然光起偏器起偏器0IIP若入射的是线偏光若入射的是线偏光检偏器检偏器偏振片偏振片P0AA200coscosIIAA(2)(2)偏振元件偏振片偏振元件偏振片线偏光线偏光经

20、过经过1/41/4波片波片eAoAA22sincosAAAAoe(3)(3)1/4波片波片1 1）电光调制电光调制电光效应电光效应 是指某些晶体在电场的作用下，具有是指某些晶体在电场的作用下，具有双折双折射效应射效应，其双折射效应的大小与电场强度有关，其双折射效应的大小与电场强度有关电光调制器电光调制器 是指利用晶体的电光效应制成的调制器是指利用晶体的电光效应制成的调制器调制频率调制频率10GHz，理论上可达理论上可达120GHz 3.3.光电子调制光电子调制理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系光强度调制光强度调制基本思路：基本思路：电光调制器电光调制器 输入光输入光（恒定强度）（恒

21、定强度）输出光输出光（交变强度）（交变强度）变化的电场变化的电场（10GHz）1 1）电光调制电光调制起起偏偏器器 输入光输入光 输出光输出光检检偏偏器器P1P2P1P2A 线偏振光振幅线偏振光振幅 为零为零起偏器和检偏器起偏器和检偏器相互正交相互正交，无输出光无输出光 1 1）电光调制电光调制o光和光和e光之间产生光之间产生附加相位差附加相位差，有输出光，有输出光起起偏偏器器 输出光输出光检检偏偏器器P1P2P1P2AA0Ae不为零不为零1 1）电光调制电光调制2附加相位差附加相位差3632oUnUU221 1）电光调制电光调制2()/2sin()()2I outI in3632oUnUU可

22、以证明：可以证明：输出光强输出光强与与输入光强输入光强之比之比（透过率）（透过率）输出光强度调制输出光强度调制1 1）电光调制电光调制3632onU输出光强度调制输出光强度调制mm(sin)t 2mmmmmmsin()()sin()24sinsin()1sin()122tI outI inttmmsin()UUt2()/2sin()()2I outI in1 1）电光调制电光调制mm()sin()1()2I outtI in透射透射光强光强受到受到了信号电压的了信号电压的调制调制 ！输出光强度调制输出光强度调制3632onUmm(sin)t mmsin()UUt1 1）电光调制电光调制mm()

23、sin()1()2I outtI in输出光强度调制输出光强度调制3632onUmm(sin)t mmsin()UUt思考：思考：波片起到了什波片起到了什么作用？么作用？工作点工作点 1 1）电光调制电光调制电光调制器电光调制器小结小结原理：原理：3632oUnUU22附加相位差附加相位差1 1）电光调制电光调制电光调制器电光调制器小结小结缺点：缺点：透光比（光传输比）小于透光比（光传输比）小于1 1 调制电压高（半波电压几千伏）调制电压高（半波电压几千伏）3632oUnUU-半波电压几千伏半波电压几千伏1 1）电光调制电光调制电光调制器电光调制器小结小结调制频率调制频率10GHz10GHz，

24、理论上可达，理论上可达120GHz 120GHz 可以作成几乎没有惯性的可以作成几乎没有惯性的光阀光阀 优点：优点：缺点：缺点：透光比（光传输比）小于透光比（光传输比）小于1 1 调制电压高（半波电压几千伏）调制电压高（半波电压几千伏）应用举例：应用举例：远距离激光测距远距离激光测距 光强度调制光强度调制1 1）电光调制电光调制2 2）声光调制声光调制(1)(1)声光效应声光效应 (2)(2)声光效应的两种类型声光效应的两种类型 (3)(3)声光调制器声光调制器 3.3.光电子调制光电子调制(1)声光效应声光效应 当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折

25、射率）发生疏密交替的射率）发生疏密交替的周期性变化周期性变化声光栅声光栅声光栅声光栅2 2）声光调制声光调制衍射光栅衍射光栅(1)声光效应声光效应 当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射当声波在介质中传播时，会引起介质密度（折射率）发生疏密交替的率）发生疏密交替的周期性变化周期性变化声光栅声光栅行波行波声光栅栅声光栅栅面在空间面在空间移动移动 驻波驻波声光栅固声光栅固定定不移动不移动 2 2）声光调制声光调制(1)声光效应声光效应 声光栅声光栅衍射光栅衍射光栅当光波通过当光波通过声光栅声光栅时，衍射光的强度、频率、方向时，衍射光的强度、频率、方向等随超声场变化等随超声场变化声光效应。声光效

26、应。2 2）声光调制声光调制（2 2）声光效应）声光效应喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格衍射：条件：条件：超声波频率较超声波频率较低低，声光作用长度声光作用长度L较小较小，光束，光束垂直垂直声波传输方向声波传输方向条件：条件：超声波频率较超声波频率较高高、声光、声光作用长度作用长度L较大较大，光束与声波波，光束与声波波面间以一定的角度面间以一定的角度斜入射斜入射 喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格衍射：特点：特点：平面光栅平面光栅，多级衍，多级衍射，射，零级光最强零级光最强，其他级衍，其他级衍射光对称地分布在零级光两射光对称地分布在零级光两侧，光强依次递减。侧，光强依

27、次递减。特点：特点：体光栅体光栅，只出现，只出现零级和一级衍射光零级和一级衍射光;超声场超声场足够强，足够强，入射能量几乎全入射能量几乎全部转移到部转移到1级级（1级）级）（2 2）声光效应）声光效应布拉格声光衍射布拉格声光衍射光能利用率高，因而大部分调光能利用率高，因而大部分调制器均采用行波声场的制器均采用行波声场的布拉格型声光调制器布拉格型声光调制器！（2 2）声光效应）声光效应喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射：布拉格衍射：布拉格衍射：（3 3）声光调制器）声光调制器衍射光衍射光强度调制强度调制衍射光频率调制衍射光频率调制衍射光方向调制衍射光方向调制应用：应用：2 2）声光调制声光调制(3)(3

28、)声光调制器声光调制器衍射光衍射光强度调制强度调制布拉格型声光调制器布拉格型声光调制器 21sisin()P22II，10.5sinmiItI1ii0.5sinmIIIt1 1级（或级（或1 1级）光输出级）光输出IiI12 2）声光调制声光调制(3)(3)声光调制器声光调制器衍射光衍射光强度调制强度调制布拉格型声光调制器布拉格型声光调制器 输入图像、声音信号输入图像、声音信号强度调制光信号强度调制光信号2 2）声光调制声光调制8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方传播方向向，8.3.2 光信

29、号相位的调制光信号相位的调制 8.3.1 光信号光信号强度强度的调制的调制 8.3.3 光信号光信号频率频率的调制的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 1.电光相位调制电光相位调制2.光学干涉仪光学干涉仪可实现相位调制的常见方法可实现相位调制的常见方法012()ddnn dLL dFdFL dF8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 1.电光相位调制电光相位调制xxnLc xznDE 可以实现对可以实现对单束单束相干光波相位的调制相干光波相位的调制 8.3.2 光信号相位的调制光

30、信号相位的调制 2.光学干涉仪光学干涉仪可以实现可以实现两束两束以上相干光波相位差的调制以上相干光波相位差的调制 相位变化：相位变化：=2 nL/0 012()ddnn dLL dFdFL dFF为被测参量为被测参量 8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 2.光学干涉仪光学干涉仪可以实现可以实现两束两束以上相干光波相位差的调制以上相干光波相位差的调制 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 吉曼干涉仪吉曼干涉仪 马赫泽德干涉仪马赫泽德干涉仪 光学干涉仪光学干涉仪（空气空气光程）光程）光纤式干涉仪光纤式干涉仪（光纤光纤光程）光程）光纤传感器光纤传感器8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法

31、8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 工程上常采用的频率调制技术大致三种：工程上常采用的频率调制技术大致三种：运动参量调频运动参量调频固定频移固定频移直接光频调制直接光频调制可调参数：可调参数：光强、振幅、光强、振幅、频率频率、相位、相位、偏振方向、传播方偏振方向、传播方向，向，8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 1.运动参量调频运动参量调频1 1）光学多普勒效应和运动差频）光学多普勒效应和运动差频2 2）萨格纳克效应和转动差频）萨格纳克效应和转动差频vv光频变化与线速度：光频变化与线速度：光频变化与角速度：光频变化与角速度：1.运动参量调频运动参量调频1 1）光学多普勒效应

32、和运动差频）光学多普勒效应和运动差频运动物体能改变入射于其上的运动物体能改变入射于其上的光波频率光波频率的现象称作的现象称作光学多普勒效应光学多普勒效应。频频 移：移：s0s01vvv(rr)多普勒效应多普勒效应v1 1）光学多普勒效应和运动差频）光学多普勒效应和运动差频频频 移：移：s0s01vvv(rr)特殊地，特殊地，rs-r0 2 v 频移数量级：频移数量级：例如，例如，0.4880m的氩离子激光，的氩离子激光，8.5o，被测，被测流速流速264m/s，v 77MHz1.运动参量调频运动参量调频2 2）萨格纳克效应和转动差频）萨格纳克效应和转动差频 当封闭的光路相对于惯性空间有一转动角

33、速度当封闭的光路相对于惯性空间有一转动角速度时，时，顺时针顺时针光路和光路和逆时针逆时针光路之间将形成与转速光路之间将形成与转速成正比的光程差成正比的光程差LL，其数值满足关系，其数值满足关系 闭合光路的闭合光路的正正反向光路光程差随转速改变的现象反向光路光程差随转速改变的现象-萨纳克效应萨纳克效应。1.运动参量调频运动参量调频4ALc2 2）萨格纳克效应和转动差频）萨格纳克效应和转动差频讨论：讨论：用萨格纳克效应用萨格纳克效应 测量测量地球自转速度地球自转速度地球自转=150/小时 =0.6328m 2600 300Am实验不可能！（与足球场比较）0.1744Lm 不易观察260 30Am4

34、 0 0L-更难观察更难观察！光程差法：光程差法：L？4ALc2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频L？v反射镜组成激光谐振腔反射镜组成激光谐振腔 -环形激光器环形激光器 频率与腔长的关系：频率与腔长的关系：vLvL4 AvKL 光频差法：光频差法：1.运动参量调频运动参量调频4ALc一、运动参量调频一、运动参量调频2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频反射镜组成激光谐振腔反射镜组成激光谐振腔 -环形激光器环形激光器 4 AvKL 例：例：L=400mm =0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自转地球自转150/小时小时2120 1536008.87Hzv

35、对于频率信号，电子设对于频率信号，电子设备可以敏感到备可以敏感到0.005Hz，可用仪器准确测出。可用仪器准确测出。4ALc光程差法：光程差法：光频差法：光频差法：4 AvL L=400mm=0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自转地球自转150/小时小时260 30Am4 0 0L2120 1536008.87Hzv 光学法光学法电学法电学法光电系统中，光电系统中，光电信号变换光电信号变换的重要意义！的重要意义！2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频环形激光器环形激光器 光学差频检测装置 激光陀螺激光陀螺4AvKL-测角速度测角速度 -测角度测角度 04tANdtL国产

36、国产激光陀激光陀螺螺测量角速测量角速度的精度优度的精度优于于0.01o/hr 2)2)萨格纳克效应和转动差频萨格纳克效应和转动差频环形激光器环形激光器 光学差频检测装置 激光陀螺激光陀螺4AvKL-测角速度测角速度 -测角度测角度 04tANdtL国产国产激光陀激光陀螺螺测量角速测量角速度的精度优度的精度优于于0.01o/hr 激光陀螺激光陀螺02年珠海航展惯导产品年珠海航展惯导产品俄罗斯改进空地制导武器俄罗斯改进空地制导武器 中国激光陀螺捷联惯导系统中国激光陀螺捷联惯导系统 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 工程上常采用的频率调制技

37、术大致三种：工程上常采用的频率调制技术大致三种：运动参量调频运动参量调频固定频移固定频移直接光频调制直接光频调制可调参数：可调参数：光强、振幅、光强、振幅、频率频率、相位、相位、偏振方向、传播方偏振方向、传播方向，向，8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 2.固定频移固定频移利用利用光学光学和和光电子学光电子学等方法可制成频率偏移器件等方法可制成频率偏移器件塞曼效应：塞曼效应：23MHz 几种方法的频移几种方法的频移对比对比：声光效应：声光效应：100MHz，变换效率，变换效率80 旋转波片：旋转波片：23kHz，变换效率，变换效率90 旋转光栅：旋转光栅：20MHz，变换频率，变换频

38、率20 2.固定频移固定频移8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 工程上常采用的频率调制技术大致三种：工程上常采用的频率调制技术大致三种：运动参量调频运动参量调频固定频移固定频移直接光频调制直接光频调制可调参数：可调参数：光强、光强、振幅、频率、相位、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方传播方向向，半导体激光器的半导体激光器的直接频率调制直接频率调制iv1MHz5070GHz电流频率调制系数电流频率调制系数:0.1GHz/mA1GHz/mA可调频范围可调频范围:m22ccviKi 可以证明：可以证明：LD8.3 光信号调制的基本方法

39、光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、振幅、频率、相位、光强、振幅、频率、相位、偏振方向偏振方向、传播方、传播方向，向，8.3.2 光信号相位的调制光信号相位的调制 8.3.1 光信号强度的调制光信号强度的调制 8.3.3 光信号频率的调制光信号频率的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.4 光信号偏振的调制光信号偏振的调制 典型方法典型方法磁光调制磁光调制 磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的振动方向发生发生旋转振动方向发生发生旋转法拉第磁光效应法拉第磁光效应。c

40、osKlH光隔离器光隔离器 理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.4 光信号偏振的调制光信号偏振的调制 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.3.4 光信号偏振的调制光信号偏振的调制 典型方法典型方法磁光调制磁光调制 磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的磁光介质在磁场的作用下，可使穿过它的偏振光的振动方向发生发生旋转振动方向发生发生旋转法拉第磁光效应法拉第磁光效应。cosKlH磁光调制器磁光调制器8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法可调参数：可调参数：光强、振幅、频率、相位、光强、振幅、频率、相位

41、、偏振方向偏振方向、传播方、传播方向，向，8.3.2 光信号光信号相位相位的调制的调制 8.3.1 光信号光信号强度强度的调制的调制 8.3.3 光信号光信号频率频率的调制的调制 8.3.4 光信号光信号偏振偏振的调制的调制 理学院理学院 光电子与物理学系光电子与物理学系第第8 8章章 光学信号的调制光学信号的调制8.2 8.2 光信号调制的基本原理光信号调制的基本原理8.3 8.3 光信号调制的基本方法光信号调制的基本方法8.4 8.4 调制信号的解调调制信号的解调8.1 8.1 光信号调制的概述光信号调制的概述8.3 调制信号的解调调制信号的解调实例：实例：光纤通信系统光纤通信系统 加载信

42、息加载信息调制调制 提取信息提取信息解调解调 8.3 调制信号的解调调制信号的解调光学法光学法电学法电学法 相干光干涉场解调相干光干涉场解调 光电探测器解调光电探测器解调常用解调方法：常用解调方法：峰值检波电路峰值检波电路 相敏检波电路相敏检波电路将被测信息从已调信号中分离出来的过程称为将被测信息从已调信号中分离出来的过程称为解调解调1直线律检波与调幅信号的解调直线律检波与调幅信号的解调调幅信号二极管检波电路调幅信号二极管检波电路 -适合调幅信号解调适合调幅信号解调 8.3 调制信号的解调调制信号的解调2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调 (相当重要!)适合于调相信号解调适合

43、于调相信号解调 基本结构基本结构 Ui调相信号调相信号 Uc-参考信号参考信号Ui，Uc 具有相同的频率具有相同的频率 8.3 调制信号的解调调制信号的解调Ui,Uc 具有相同的频率具有相同的频率2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调模拟模拟乘法器乘法器功能电路模块功能电路模块2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调 理论推导理论推导2oiCm2m222mmm(coscos)cos()1coscos(2)cos 21cos coscos(2)cos(2)244UUUUtttUttUUUttt 2mocoscos2UUt 滤波输出：滤波输出：coscosimUUtt

44、CCmcos()UUt2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调 物理意义物理意义2mocoscos2UUt 幅度信息幅度信息DCBABA,:,:例如，例如，目标方位目标方位信息信息 CD相位信息相位信息2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调coscosimUUttCCmcos()UUt2mocoscos2UUt 讨论：讨论：1.1.同相、反相同相、反相2.2.二倍频、三倍频二倍频、三倍频调制信号调制信号 与参考信号与参考信号同频同频2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调只有与参考信号只有与参考信

45、号同频同频的调制信号，才能的调制信号，才能在相敏检波器的输出端产生输出。在相敏检波器的输出端产生输出。coscosimUUttCCmcos()UUt2mocoscos2UUt 思考：思考：调制信号调制信号Ui为任一周期性波形，为任一周期性波形，基波频率基波频率和和参考信号参考信号Uc频率频率相同相同相敏检波器的输出？相敏检波器的输出？UiUctt2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调思考：思考：调制信号调制信号Ui为任一周期性波形，为任一周期性波形，基波频率基波频率和和参考信号参考信号Uc频率频率相同相同Uit2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调)cos(.3

46、cos2coscos1mcmitUUtttUU只有与参考信号只有与参考信号同频同频的调制信号的调制信号分量分量，才能在，才能在相敏检波器的输出端产生输出。相敏检波器的输出端产生输出。思考：思考：调制信号调制信号Ui为任一周期性波形，为任一周期性波形，基波频率基波频率和和参考信号参考信号Uc频率频率相同相同相敏检波器的输出：相敏检波器的输出：Uo0UiUctt2 2相敏检波与调相信号的解调相敏检波与调相信号的解调本章小结：本章小结：1 1改变光波参数的过程称为调制，从已调制光波中分离改变光波参数的过程称为调制，从已调制光波中分离并提取出原始信息的过程称为解调。一次调制并提取出原始信息的过程称为解

47、调。一次调制 二次调制二次调制 2 2连续波调制连续波调制、脉冲波调制和编码调制等。连续波调、脉冲波调制和编码调制等。连续波调制只适应于模拟信号，带宽近似为制只适应于模拟信号，带宽近似为调制频率的调制频率的2 2倍倍；脉冲波；脉冲波调制和编码调制可以提高探测信噪比和抗干扰能力。调制和编码调制可以提高探测信噪比和抗干扰能力。3 3调制基本方法：辐射源调制、机电调制和光电子调调制基本方法：辐射源调制、机电调制和光电子调制等。可以实现光强度（光通量）和光波动参数（制等。可以实现光强度（光通量）和光波动参数（光频光频、相相位位及传播方向等）的调制。及传播方向等）的调制。4 4解调方法：光学法和电子法。电子法中常用：直线解调方法：光学法和电子法。电子法中常用：直线律检波器和律检波器和相敏检波器相敏检波器等，分别用于调幅信号和调相信号的等，分别用于调幅信号和调相信号的解调。解调。