东华大学出版社：《光电信息技术》教材电子教案（PPT课件讲稿）第一章光电信息技术物理基础 1.2.3光调制

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§123光调制光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送光学基信息的特征变化,以实现信息检测传送目的的方法。光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和础波长调制。下面将分别介绍各种调制的原理和方法第光强度调制光强度调制是以光的强度作为调制对象,利用外界因素章使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率光变化的光信号,这样,就可采用交流选频放大器放大,然电后把待测的量连续测量出来。下面介绍几种常用的光强度调制装置: 1、调制盘最简单的调制盘,有时叫做斩波器,如图123-1a所示, 在圆形板上由透明和不透明相同的扇形区构成。技术物理基础浮上团回下国刻四上1

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 1 光学基础 §1.2.3光调制回目录光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和波长调制。下面将分别介绍各种调制的原理和方法。一、光强度调制光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。下面介绍几种常用的光强度调制装置： 1、调制盘最简单的调制盘，有时叫做斩波器，如图1.2.3-1a所示，在圆形板上由透明和不透明相同的扇形区构成。上一节

§123光调制光学不透区当盘旋转时,通过盘的光基脉冲周期性的变化,光脉础冲的形状决定于扇形尺寸 ●M 和光源在盘上的像的大小第和形状。如果光源聚焦在盘上成一极小的园,如M章透明区点,则通过盘的光脉冲为光矩形波。如果光源在盘的电像较大,如P点的圆,则图12.3-1a调制盘盘旋转时,黑的扇形逐步遮盖光斑,通过盘的光强技术近乎正弦地变化。如欲调物制线光源(图1231b),理基 2

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 2 光学基础 §1.2.3光调制回目录当盘旋转时，通过盘的光脉冲周期性的变化，光脉冲的形状决定于扇形尺寸和光源在盘上的像的大小和形状。如果光源聚焦在盘上成一极小的园，如M 点，则通过盘的光脉冲为矩形波。如果光源在盘的像较大，如P点的圆，则盘旋转时，黑的扇形逐步遮盖光斑，通过盘的光强近乎正弦地变化。如欲调制线光源（图1.2.3-1b），图1.2.3-1a 调制盘

§123光调制可把线光源1放于圆筒2的中心轴上,在圆筒的表面光学基础上有相隔等距离的狭缝3, 圆筒的前面放置缝隙光阑 4,仅当圆筒的狭缝与光阑的狭缝对准时,有光通过光阑,而当圆筒旋转时可得到线状的调制光。图1.23-1b调制线光源 2、利用电磁感应的机械调制图123-2所示是一种原理图 3、受抑全反射调制器其原理如图1.23-3所示第一章光电信息技术物理基础

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 3 光学基础 §1.2.3光调制回目录可把线光源1放于圆筒2的中心轴上，在圆筒的表面上有相隔等距离的狭缝3，圆筒的前面放置缝隙光阑 4，仅当圆筒的狭缝与光阑的狭缝对准时，有光通过光阑，而当圆筒旋转时，可得到线状的调制光。图1.2.3-1b 调制线光源 2、利用电磁感应的机械调制图1.2.3-2所示是一种原理图 3、受抑全反射调制器其原理如图1.2.3-3所示

§123光调制二、光相位调制光学利用外界因素改变光波的相位,通过检测相位变化来测基量物理量的原理称为光相位调制。光波的相位由光传播减的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定, 也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化,实现第相位调制。但是,目前市场上的各类光探测器都是不能章感知光波相位的变化,必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化,才能实现对外界物理量的检测,因光电此,光相位调制应包括两部分,一是产生光波相位变化的物理机理;二是光的干涉。利用干涉现象实现光相位调制技术利用干涉现象调制的关键是对光程差或相位差进行调制。物图1236所示是利用迈克尔逊干涉仪附加压电晶体来完理成光调制的原理图。基司上页回下回四与录 6

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 6 光学基础 §1.2.3光调制回目录二、光相位调制利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。但是，目前市场上的各类光探测器都是不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分，一是产生光波相位变化的物理机理；二是光的干涉。 1、利用干涉现象实现光相位调制利用干涉现象调制的关键是对光程差或相位差进行调制。图1.2.3-6所示是利用迈克尔逊干涉仪附加压电晶体来完成光调制的原理图。上一页

§123光调制反射镱1 反射镜2 会聚镜析光棱镜滤光片准直镜光源光学基础第一章光电信息技术物理基础图123-6千涉调制原理 7

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 7 光学基础 §1.2.3光调制回目录图1.2.3-6 干涉调制原理

§123光调制 2、利用声光效应的光相位调制光学光波在传播时被超声波衍射的现象叫做声光效应。光束基与声束之间的相互作用而导致光束的偏转,以及光束在偏础振性、振幅、频率及相位上的变化。众所周知,在石英晶片或电气石晶片中加频率较高的电压时,可以激发频率很高的机械振动(由于它们有反压电效应,频率可达到每秒第 10°次),这种振动着的晶片将辐射超声波向周围媒质中传章播。把振动着的石英放在某液体中,就可得到在这种液体中产生的超声波。液体中的弹性波是种压缩与疏松的波,光它以一定的速度传播着。这样一来,在液体中便形成周期地互相交替地一组压缩与疏松地区域。在此区域中折射率息不同。如果使超声波从容器的底部反射,则入射波与反射技波的叠加将形成超声波的驻波。它也是一个密度周期性变术化着的结构,从而是光的折射率周期性变化着的结构,因物此,我们可以把声光介质看作一个立体光栅。理基础8 光束在声光介质中的超声波上的衍射示意见图1237。础

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 8 光学基础 §1.2.3光调制回目录 2、利用声光效应的光相位调制光波在传播时被超声波衍射的现象叫做声光效应。光束与声束之间的相互作用而导致光束的偏转，以及光束在偏振性、振幅、频率及相位上的变化。众所周知，在石英晶片或电气石晶片中加频率较高的电压时，可以激发频率很高的机械振动（由于它们有反压电效应，频率可达到每秒 108次），这种振动着的晶片将辐射超声波向周围媒质中传播。把振动着的石英放在某液体中，就可得到在这种液体中产生的超声波。液体中的弹性波是一种压缩与疏松的波，它以一定的速度传播着。这样一来，在液体中便形成周期地互相交替地一组压缩与疏松地区域。在此区域中折射率不同。如果使超声波从容器的底部反射，则入射波与反射波的叠加将形成超声波的驻波。它也是一个密度周期性变化着的结构，从而是光的折射率周期性变化着的结构，因此，我们可以把声光介质看作一个立体光栅。光束在声光介质中的超声波上的衍射示意见图1.2.3-7

§123光调制接交变电源光学基础第一章光电信息技术物理基图123-7液体中的超声波上的衍射示意图 9

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 9 光学基础 §1.2.3光调制回目录图1.2.3-7液体中的超声波上的衍射示意图

§123光调制光偏振调制利用偏振光振动面旋转,实现光调制最简单的方法是用光学基础两块偏振器相对转动,按马吕斯定理,输出光强为 I=10c0式l为两偏振器主平面一致时所通过的光强;a 为两偏振器主平面间的夹角。下面介绍采用电光效应和磁第光效应实现的光偏振调制。 1、采用电光效应实现的光偏振调制电光效应指的是介质或晶体在电场作用下,其光学性质光发生变化的各种现象。目前在电光效应方面主要以电致旋电光效应、克尔效应和泡克耳效应来获得光偏振调制 2、采用磁光效应实现的光偏振调制磁光效应指的是介质或晶体在磁场作用下,其光学性术质发生变化的各种现象。目前在磁光效应方面,主要是利物用“法拉第”旋光效应和科登一穆顿效应来获得光偏振调理制基

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 1 0 光学基础 §1.2.3光调制回目录三、光偏振调制利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为，式中I0为两偏振器主平面一致时所通过的光强；α 为两偏振器主平面间的夹角。下面介绍采用电光效应和磁光效应实现的光偏振调制。 1、采用电光效应实现的光偏振调制电光效应指的是介质或晶体在电场作用下，其光学性质发生变化的各种现象。目前在电光效应方面主要以电致旋光效应、克尔效应和泡克耳效应来获得光偏振调制。 2、采用磁光效应实现的光偏振调制磁光效应指的是介质或晶体在磁场作用下，其光学性质发生变化的各种现象。目前在磁光效应方面，主要是利用“法拉第”旋光效应和科登—穆顿效应来获得光偏振调制

§123光调制四、频率和波长调制光学利用外界因素改变光的频率或光的波长,通过检测光基的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理,称础为光的频率和波长调制。 1、频率调制第光的频率调制,主要是指光学多普勒频移。光学中的多普勒现象是指由于观测者和运动目标的相对运动,使观测者接收到的光波频率产生变化的现象。实际中大多数考电虑移动物体所散射光的频移,这种情况可当作一个双重多信普勒频移来考虑,即先从光源到移动的物体,然后由物体到观测者。设光源和观测者都相对静止,物体以ⅴ速度移动(见图 123-16), 技术物理基础

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础 1 1 光学基础 §1.2.3光调制回目录四、频率和波长调制利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。 1、频率调制光的频率调制，主要是指光学多普勒频移。光学中的多普勒现象是指由于观测者和运动目标的相对运动，使观测者接收到的光波频率产生变化的现象。实际中大多数考虑移动物体所散射光的频移，这种情况可当作一个双重多普勒频移来考虑，即先从光源到移动的物体，然后由物体到观测者。设光源和观测者都相对静止，物体以V速度移动（见图 1.2.3-16）

§123光调制 P B 图123-16多普勒频移光学基础第一章光电信息技术物理基础

第一章上一页回首页下一页回末页结束第一章光电信息技术物理基础12光学基础 §1.2.3光调制回目录 Q S P B β θ 2 ν θ α 1 图1.2.3 -16 多普勒频移

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