光信号调制特性分析.doc

1、本科生毕业论文(设计)光信号调制特性分析院系名称姓名学号专业指导教师2015年04月20日3摘要 近几十年来，光信号技术以其未有的独有的一系列有点给人们带来了前所优质通信手段。在经历了一个蓬勃发展的阶段之后，通信技术的高速发展再一次刺激了光信号技术的发展。而光信号的调制技术是应对这些新要求的一个重要手段。根据不同的情况，合理的选择不同的调制方式则能有效的解决当前的技术难题，将光信号技术推向一个新的阶段。本文围绕调制的四种类型进行分析其特点进行研究。 关键词：光信号、光调制、电光调制、声光调制、磁光调制Error! Reference source not found.Abstract In r

2、ecent decades, optical signal technology with its unprecedented unique series of have a little brings high quality communications before. After a stage of vigorous development, the rapid development of modern communication technology once again to stimulate the development of the optical signal tech

3、nology. And optical signal modulation technique is an important means to respond to these new requirements. According to the different situation, the reasonable choice of different modulation mode can effectively solve the technical problem, the light signal technology into a new stage. Key Words: o

4、ptical signals, optical modulation, electro-optic modulation, acousto-optic modulation, magneto-optic modulationII目录1 引言.12 光调制的基本概念.12.1 光调制.1 2.2 调制的目的.22.3 光调制的分类.2 2.3.1 内调制.2 2.3.2 外调制.33 模拟信号光调制特性.3 3.1 理论描述.4 3.2 调制曲线分析.44 电光调制特性.44.1 电光效应.54.2 电光调幅.54.3 电光调相.55 声光调制特性.6 5.1 声光效应.6 5.2 声光调制器.

5、66 磁光调制特性.7 6.1 磁光效应.7 6.2 磁光调制.8 6.3 光盘写入原理.9 6.4信号的读出.10参考文献11致谢12II1 引言 怎么有效的获取光信号是近年来一直为人们研究的重要课题，目前光信号的通信技术已经大大提高了，而怎么能够更有效的传输光信号变成了重要的因素，把光信号进行调制后进行传输无疑是光信号历史的一大进步，本文对光信号调制的几种类型进行分析。2 光信号调制基本概念2.1 光调制 通过改变光波的振幅、强度、相位、频率或偏振等参数，使传播的光波携带信息的过程。2.2 光调制目的 对所需处理的信号或被传输的信息作某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测。2.3 光调制

6、分类 按调制位置是在光源内发生还是在光源外进行分为内调制和外调制,按调制元件应用的物理效应分为电光调制、声光调制、磁光调制；按调制的形式分模拟调制、数字调制和脉冲调制。 2.3.1 内调制：将要传输的信号直接加载于光源，改变光源的输出特性来实现调制；其中最简单的是对半导体激光器的驱动电源用调制信号直接控制，实现对所发射激光的强度的调制。另一方法是把调制元件（如电光、声光晶片）放在激光器的谐振腔内，用要传输的信号控制该调制元件物理性质的变化，改变光腔参数，实现调制激光输出。 2.3.2 外调制：在光源外的光路上放置调制器，将要传输的信号加载于调制器上，当光通过调制器时，透过光的物理性质将发生改变

7、，实现信号的调制。 2.3.3模拟调制：信号连续改变载波的强度、频率、相位或偏振。特点是在任何时刻信号的幅度与波参数的幅度之间一一对应。2.3.4 脉冲调制：对信号的幅度按一定规律间隔取样，用脉冲序列作载波。 2.3.5 对信号的幅度按一定规律间隔取样，以编码的形式转变为脉冲序列。载波脉冲在时间上的位置是固定的幅度是被量化的。常采用两电平表示的二进制编码形式。3 模拟信号调制特性3.1理论描述: 在目前的光调制方式中，使用最为广泛的调制发生就是所谓的光“强度调制方式”。也即，在强度调制方式下，已调制的光信号强度中的变化与输入的调制信号的变化相同。 如果要用严格地表示，则只能使用光电场或光磁场来

8、描述了。原因在于，光信号最终还是由电场和磁场构成的。这里，我们用光电场来描述已调制的光信号随时间的变化规律： eT(t)=Am1+x(t)1/2cos(ct+) 在上式中：eT(t)表示在发送端已调信号的光电场随时间的变化规律；Am1+x(t)1/2为光载波信号的包络（注意：其中含有输入调制信号的信息。因此，在接收端我们实际是从这部分信号恢复出我们的有用信号的）；x(t)为调制信号（即需要传输的有用信息）；c为光载波信号的角频率（对应的fc即为光载波信号频率）；t为时间变量；为随机相位。 在接收端，通过包络检测器（PIN/APD）和低通滤波器就可以恢复出x(t)了。包络检测器PIN/APD是光

9、电二极管，因此它们都属于非线性器件。假设包络检测器的输入输出满足如下的典型关系： id(t)=a0+a1eR(t)+ a2eR2(t)+ a3eR3(t)+在上式中：eR(t)表示在接收端收到的已调信号的光电场。 通过包络检测器，从a2eR2(t)分量中就可以得到含有x(t)的信号，即包络检测器输出的信号电流中就包含了直流信号、x(t)信息以及其他高频的信号（当然也含有交调失真信号）。通过隔直流电路（最简单的就是一个电容）和低通滤波器（最高工作频率就是x(t)的频率），就可以恢复出原来的发送信号了。3.2调制曲线描述 在下图中，包括了LED（光源）的P-I特性曲线（调制电流与LED输出光功率的

10、变化曲线）、已调信号功率P(t)与时间的变化曲线以及输入调制信号电流i(t)（x(t)的电流表示形式）随时间的变化曲线。在图中，Ib、Imin、Imax分别表示LED的直流偏置电流、不失真最小调制电流及不失真最大调制电流，其中Ib=（Imin+Imax）/2。模拟信号的类型非常多，例如正弦信号、PAM（脉冲幅度调制信号）、FM（调频信号）及PFM（脉冲调频信号）等。但是，为了说明问题，而且不使问题复杂化，我们就选用正弦信号，来说明模拟信号的光调制原理。 从图中可以看出，P(t)的变化规律与i(t) 的变化规律完全相同，也即这种调制方式可以很好地完成模拟信号的调制。虽然，在说明问题过程中我们使用

11、了LED光源（发光二极管），但是LD光源（激光二极管）的调制原理是类似的。区别仅仅在于P-I特性曲线的形状、Ib、Imin、Imax的选择不同而已。IbImaxI (mA)P (mW) (a)LED的P-I曲线IminP (mW)t (s) (b)P-t曲线 (c) i-t曲线4 电光调制特性Error! Reference source not found.4.1 电光效应： 当晶体受电压作用时，晶体的折射率会发生变化，引起通过晶体的光波特性发生变化，称晶体的电光效应。 当晶体的折射率与外加电场幅度成线性变化时，称为线性电光效应，即普科尔效应。 当晶体的折射率与外加电场幅度的平方成比例变化时