光机电测控技术基础【第2章 光电技术基础】v1.pptVIP

液体Kerr盒光电调制器原理图。把某种液体（如C6H5NO2或CS2）放在装有平行板电容器的玻璃盒内，再把玻璃盒放在正交的尼科耳M和N之间，在电容器没有充电以前，线偏振光不能通过，加电场后，电容器两极板之间的液体获得单轴晶体的性质，其光轴沿电场方向。装有平板电极并盛有特定液体的玻璃盒称为克尔盒，克尔盒也可以使用某些晶体，如：钛酸锶或钡，用镧修饰过的钛酸铅锆（PLZT），铁磁性陶瓷，等等。实验证明，盒体折射率的差值正比于电场强度的平方，即 在通过一定厚度的液体以后，光和光之间所产生的位相差为 2-6 光辐射调制概述 式中的k称为克尔常数，它只和液体的种类有关（在这里假设电场是匀强的，并且光线进行的方向和电场方向垂直），如果平板间的距离为d，电势差为V，因 ，故 式中 以米表示，V以伏特表示。 因此，当加在克尔盒电极上的电势差发生变化时，随之发生相应的变化，从而使透射光的强度亦将随着的变化而发生变化，因而，利用克尔盒可以对偏振光进行调制，在现代激光通讯和电视装置中，利用克尔效应来调制光强已获得很大成功。 2-6 光辐射调制概述 直接调制 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管LD或半导体发光二极管LED），从而获得调制光信号。 由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。它是目前光纤通信系统普遍采用的实用化调制方法。 根据调制信号的类型，直接调制又可以分为 模拟调制——用连续的模拟信号（如电视、语音等信号）直接对光源进行光强度调制； 数字调制——用脉冲编码调制的数字信号对光源进行强度调制。 2-6 光辐射调制概述 直接调制特性 调制信号 输出光强信号 直流偏置 输出功率 t t t 半导体激光器的调制特性曲线 2-6 光辐射调制概述 直接调制特性 LED1 LED2 LED3 LED4 LD1 LD2 I（mA） P（mW） LED和LD调制特性比较 2-6 光辐射调制概述 2-6 光辐射调制概述 磁光效应 光与磁场中的物质，或光与具有自发磁化强度的物质之间相互作用所产生的各种现象，主要包括法拉第效应、科顿-穆顿效应、克尔磁光效应、塞曼效应和光磁效应。 Faraday效应 线偏振光透过放置磁场中的物质，沿着磁场方向传播时，光的偏振面发生旋转的现象。也称法拉第旋转或磁圆双折射效应，简记为MCB。一般材料中，法拉第旋转（用旋转角θF表示）和样品长度l、磁感应强度B有以下关系 θF = VlB V是与物质性质、光的频率有关的常数，称为费尔德常数。 磁光体调制器的组成如图所示。为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。 2-6 光辐射调制概述 磁光调制示意图 科顿-穆顿效应 1907年A.科顿和H.穆顿首先在液体中发现。光在透明介质中传播时，若在垂直于光的传播方向上加一外磁场，则介质表现出单轴晶体（见双折射）的性质，光轴沿磁场方向，主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致双折射。 2-6 光辐射调制概述 克尔磁光效应 入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时，振动面发生旋转的现象，1876年由J.克尔发现。克尔磁光效应分极向、纵向和横向三种，分别对应物质的磁化强度与反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度，一般极向的效应最强，纵向次之，横向则无明显的磁致旋光。克尔磁光效应的最重要应用是观察铁磁体的磁畴（见磁介质、铁磁性）。不同的磁畴有不同的自发磁化方向，引起反射光振动面的不同旋转，通过偏振片观察反射光时，将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。 2-6 光辐射调制概述 塞曼效应 发光体放在磁场中时，光谱线发生分裂的现象。是由于外磁场对电子的轨道磁矩和自旋磁矩的作用，或使能级分裂才产生的。其中谱线分裂为2条(顺磁场方向观察)或3条（垂直于磁场方向观察）的叫正常塞曼效应；3条以上的叫反常塞曼效应。塞曼效应在化学分析、磁场测量中有重要应用。 2-6 光辐射调制概述 习题 1.介绍一个光机电系统产品的结构、工作原理和工作过程。 2.描述发光二极管(LED)的工作原理，性能特点，应用范围。 * * 4 * * * * * * * 模拟调制的原理 强度调制： 振幅调制： 频率调制： 2-6 光辐射调制概述 脉冲调制 载波：对信息信号的幅度按一定规律间隔取样，用脉冲序列作载波（载波是脉冲序列） 。 方法：脉冲的幅度、宽度、频率或位置随信息信号的幅度变化。 分类：脉冲调幅（PAM）、脉冲调宽（PWM）、脉冲调频（PF