光源及光调制解调实验原理

实验原理

(1)载波与调制。

光束是一种电磁波,具有振幅、相位、强度和偏振等参量。如果能够应用某种物理方法改变光波的某个参量,使其按照调制信号(如声音信号)的规律变化,那么该光束就受到了调制,达到“运载”信息的目的。调制是光电系统中的一个重要环节。在无线电通信领域中早已应用了调制和解调技术。例如,在对直流信号进行放大时,通常将直流信号调制成交流信号,先进行交流放大,再分离出直流信号的方法,以克服直流放大器的零点漂移。而解调是从已调制信号中恢复原始信号的过程,故解调即通常所说的信息检测。调制不仅可以使光信号携带信息,从而具有与背景辐射不同的特征,便于抑制背景光的干扰,而且可以抑制系统中各环节的固有噪声和外部电磁场的干扰,具有更高的探测能力。

(2)光电信息调制的分类。

光学调制按时空状态和载波性质可分为以下几种类型。

①按时空状态分类:

a.时间调制:载波随时间和信息变化。

b.空间调制:载波随空间位置变化后再按信息规律调制。

c.时空混合调制:载波随时间、空间和信息同时变化。

②按载波波形和调制方式分类:

a.直流载波:不随时间而只随信息变化的调制。

b.交变载波:载波随时间周期变化的调制。交变载波又分为连续载波方式与脉冲载波方式。连续载波调制方式包括调幅波、调频波、调相波。脉冲载波调制方式包括脉冲调宽、调幅、调频等内容。

光辐射的调制方法有很多。传统的调制方法是用调制盘对光辐射强度(能量)进行调制。现代光辐射的调制是利用外(电、声、磁)场的微扰引起介质的非线性极化,从而改变介质的光学性质,在外场下利用光和介质的相互作用实现对光辐射振幅、频率、相位等参数的调制。目前用得较多的是电光调制、声光调制等调制方法。

当一块各向同性的透明介质受外力作用时,介质的折射率会发生变化,这就是所谓的弹光效应。声波是一种机械应力弹性波,当超声波作用于介质时,也会引起弹光效应。通常把超声波引起的弹光效应称为声光效应。当超声波在声光介质中传播时,介质密度呈疏密的交替变化,这会导致折射率大小的交替变化。这样,可以把超声波作用下的介质等效为一块“相位光栅”,即声光栅。光栅的条纹间隔等于超声波的波长。声光栅与光学条纹光栅相似,当入射光束通过该介质时,则入射光波被声光栅衍射。衍射光束的强度、频率和方向等都随着超声场的变化而变化,即该作用提供了一种控制光束光强和传播方向的简便方法。声光调制在相位测距、多普勒测速、波前检测等一些精密测量方面得到了应用。

电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。

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