电子科技大学：《半导体光电子学 Semiconductor Optoelectronics》课程教学资源（课件讲稿）第七章 半导体光调制器

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第七章 半导体光调制器

光波调制的基本概念 光调制器是光通信和光信息处理系统中的重要元件。 光调制：将信息（通常为电信号形式）加载到光载波上，使光 载波的某一个参数（振幅、频率、相位、偏振等）随着所加载 的信息而改变。 模拟光调制：利用模拟电信号（在时间上、幅度上）连续地改 变某一载波参数以实现光载波调制，包括幅度（强度）调制、 频率调制、相位调制和偏振调制。 >脉冲编码光调制：先将模拟信号经过模数转换（采样、量化、 编码)成一列二进制的数字信号后再对光载波进行调制

光波调制的基本概念 Ø 光调制器是光通信和光信息处理系统中的重要元件。 Ø 光调制：将信息（通常为电信号形式）加载到光载波上，使光 载波的某一个参数（振幅、频率、相位、偏振等）随着所加载 的信息而改变。 Ø 模拟光调制：利用模拟电信号（在时间上、幅度上）连续地改 变某一载波参数以实现光载波调制，包括幅度（强度）调制、 频率调制、相位调制和偏振调制。 Ø 脉冲编码光调制：先将模拟信号经过模数转换（采样、量化、 编码）成一列二进制的数字信号后再对光载波进行调制

光波调制的基本概念 实现光波调制的两种方式： 利用调制信号直接控制激光器的振荡参数，使输出激光 束的特性随信号而变，称为内调制； 利用调制信号作用于激光器外部独立的调制器，产生某 种物理效应使通过调制器的激光束某一个参量随信号而 变，称为外调制。 外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量级），调制带 宽要宽得多，故倍受重视。 按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁光调 制、热光调制。 激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及强度调 制等

光波调制的基本概念 Ø 实现光波调制的两种方式： • 利用调制信号直接控制激光器的振荡参数，使输出激光 束的特性随信号而变，称为内调制； • 利用调制信号作用于激光器外部独立的调制器，产生某 种物理效应使通过调制器的激光束某一个参量随信号而 变，称为外调制。 外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量级），调制带 宽要宽得多，故倍受重视。 按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁光调 制、热光调制。 激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相及强度调 制等

光波调制的基本概念 >振幅调制： 载波的振幅随着调制信号的规律而改变， 简称调幅。 激光载波的电场：E.()=Acos(ot+) 假设调制信号为余弦波：a(t)=Amcos(o) 进行幅度调制后，激光载波的振幅不再为常数，而 是与调制信号有关。调幅波的表达式为 E.(itm.cooJo(w.+) m,=4: 调幅系数 通常情况下，m≤1 A

光波调制的基本概念 Ø 振幅调制：载波的振幅随着调制信号的规律而改变， 简称调幅。 激光载波的电场：Ec t  Ac cosc t c  假设调制信号为余弦波： a t  Am cos m t • 进行幅度调制后，激光载波的振幅不再为常数，而 是与调制信号有关。调幅波的表达式为 Ecm t  Ac 1  ma cos m t cosc t  c    m a c A m A  ：调幅系数 通常情况下，ma  1

光波调制的基本概念 ·考虑三角函数积化和差公式 cos@cosB=-[cos(@+B)+cos(a-B)] 0 调幅波的表达式可以写为 E)=Acos(@+)+"受Acos[回+o+] +受Acos@0+] 。 调幅波的频谱由三个频率成分组成，其中等号右边 第一项为载频分量，第二、三项是因调制而产生的 新分量，称为边频分量

光波调制的基本概念 • 考虑三角函数积化和差公式     1 cos cos cos cos 2               • 调幅波的表达式可以写为         cos cos 2 cos 2 a cm c c c c c m c a c c m c m E t A t A t m A t                         • 调幅波的频谱由三个频率成分组成，其中等号右边 第一项为载频分量，第二、三项是因调制而产生的 新分量，称为边频分量

光波调制的基本概念 E()=Acos(@,t+)+"2Acos[（(@,+@,)1+] +"24cor[@o,-0）r+] 式中，m。=AmA。称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由 三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三 项是因调制而产生的新分量，称为边频分量。 A。 调 2 2 幅 波 0 O c 频 20m 谱

式中， 称为调幅系数。可见调幅波的频谱是由 三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三 项是因调制而产生的新分量，称为边频分量 。 ma  Am Ac 调 幅 波 频 谱 2 m a Ac   c   m  c  c  m  2 m 2 m a Ac Ac 光波调制的基本概念         cos cos 2 cos 2 a cm c c c c c m c a c c m c m E t A t A t m A t                        

光波调制的基本概念 > 频率调制和相位调制----调频和调相：载波的频率 和相位随着调制信号的变化规律而改变；两者均表 现为总相角随时间的变化，因此统称为角度调制。 调频波的电场：Em(t)=A.cos[o(t)t+p.] 假设调制信号为余弦波：ω()=0.+△m(t)=0.+k,() -@+krAm cos(@nt) 调频波的总相角：p(t)=丁o(t)t+p.=o.t+m,sin(ot)+p. m. △0r：调频系数 k,:比例系数 Om 因此有 Em(t)=A.cos[@.t+m,sin(@t)+]

光波调制的基本概念 Ø 频率调制和相位调制----调频和调相：载波的频率 和相位随着调制信号的变化规律而改变；两者均表 现为总相角随时间的变化，因此统称为角度调制。 Ecm   c cos   c t  A  t t   调频波的电场：         = cos  c c f c f m m t t k a t k A t             调频波的总相角：    c = c f sin m  c  t   t dt   t  m  t   f m f m m k A m  max      ：调频系数 k f ：比例系数 Ecm   c cos c f sin m  c t  A  t  m  t   因此有   假设调制信号为余弦波：

光波调制的基本概念 调相波的电场：Em(t)=A.cos[o.t+pm(t)] 假设调制信号为余弦波： pm(t)=p.+△p(t)=p.+kpa(t)=p.+k。4 cos(on) m。=k。Am：调相系数 因此有Em()=A.cos[0.t+m,os(on+p] 由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此 可以写成统一的形式 E.n(t)=A.cos[o.t+msin(@t)+:]

光波调制的基本概念 Ecm t  Ac cosc t cm t 调相波的电场：   cm t  c   t  c  kat =c  k Am cos  m t m  kAm ：调相系数 Ecm   c cos c cos m  c t A t m t        因此有   假设调制信号为余弦波： • 由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此 可以写成统一的形式 Ecm   c cos c sin m  c t  A  t  m  t    

光波调制的基本概念 ·考虑三角函数和差化积公式 cos(a+B)=cosacos B-sinasinB ·角度调制波的表达式可以写为 E.m(t)=A.{cos(ot+)cos[msin(o)]- sin(o.t+)sin[msin(ot) ·考虑贝塞尔函数展开式 cos[msin(@t)]=J(m)+2J(m)cos(2no() sin[msin(](m)sin[(2n-1)

光波调制的基本概念 • 考虑三角函数和差化积公式 cos     cos cos   sin sin  • 角度调制波的表达式可以写为             cos sin sin si cos sin n cm c c c c c m m E t A t m t t m t                   • 考虑贝塞尔函数展开式   2   1 1 sin sin 2 ( )sin (2 1) m n m n m  t J m n  t             0   2 1 cos sin 2 ( )cos(2 ) m n m n m  t J m J m n t         

光波调制的基本概念 ·角度调制波的表达式可以写为 Em(t)=AJ(m)cos(@t+p) +2∑J2n(m）cos(2no)cos(@.t+p.) -22(侧sin[(2a-0a.小sin(a1+p)} ·考虑积化和差公式 sinasinB=[cos(@-B)-cOs(a+B)] cos@cosB=][cos(a-B)+cos(a+B)]

光波调制的基本概念 • 角度调制波的表达式可以写为                    0 2 1 2 1 1 cos 2 cos 2 cos 2 sin 2 1 sin cm c c c n m c c n n m c c n E t A J m t J m n t t J m n t t                             • 考虑积化和差公式     1 cos cos cos cos 2                   1 sin sin cos cos 2              