第08章 光学信号的调制

2．发光二极管调制 －－调制频率100MHz －中短距离光电测距 －光通信，· · ·· · ·
8.3.1 光信号强度的调制
2. 机电调制
1)调制盘调制 2)光栅莫尔条纹调制
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College Of Optoelectric Science and Engineering
2.机电调制
－－又称为连续波调制
(t ) 0 m sin(t )
(t ) 0 m [V (t )]sin{[V (t )]t [V (t )]}
振幅调制(AM) 频率调制(FM) 相位调制(PM)
8.2 光信号调制的基本原理
1.振幅调制(AM)
调制波
载 波
第08章 光学信号的调制
8.1 光信号调制的概述
8.2 光信号调制的基本原理
8.3 光信号调制的基本方法
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8.1 光信号调制的概述
光波是信息的载体，通常称为光载波。 1. 载波的特征参数？ 2. 调制：一次调制和二次调制 3. 二次调制的意义
--频率调制指数 mf >1 宽带调频 mf <<1窄带调频
例：FM立体声广播 载波: 91.8MHz 音频: <20kHz
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2.频率调制(FM)
mf <<1窄带调频
8.2.1模拟调制
(t ) 0 m [sin 0 t mf cos 0t sin( t )] 0 m sin 0 t
课程主要内容四大部分：
理论基础
光电信号 变换与处理
光辐射源 光电探测器
光电系统 分析设计
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光电信号变换与处理
例：激光脉冲测距
1 2 主波
3
5
回波
4
D
距离：D = 0.5× c ×t
光电信号变换与处理 例：激光脉冲测距
1 mf m {sin[(0 )t ] sin[(0 )t ]} 2
调频信号波形
调频信号频谱
调频波带宽 B=2(Δf + F )=2(mf+1)F
2.频率调制(FM)
8.2.1模拟调制
例：利用V/F（电压/频率）变换器产生调频光信号
U0－－载波频率
Ui－－调制频率
8.2.1模拟调制
测量时间t
电学信号变换
光学信号变换
光电信号 变换与处理
光－电信号变换 电学信号变换
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光学信号变换 举例
红外导引头 探测系统
场镜、浸没透镜等光学系统会聚目标辐射能量
光学信号变换 举例
－－ 地面植物反射太阳光的光谱，生长状况信息 将信息直接加载到光载波上的调制，称为一次调制
8.1 光信号调制的概述
2. 调制：一次调制和二次调制 例2
输入
光纤通信系统
驱动 电路 InGaAsP 激光器 C 光纤 判别 电路
PIN
RL
放大器
输出
－－ 将声音、图像信息加载到光波上 人为地按确定的规律变换载波信号，称为二次调制
第8章 光学信号的调制
8.1 光信号调制的概述 8.2 ຫໍສະໝຸດ Baidu信号调制的基本原理 8.3 光信号调制的基本方法
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8.3 光信号调制的基本方法
可调参数： －－光强、振幅、频率、相位、 －－偏振方向、传播方向，· · ·· · ·
8.2.1模拟调制
2×100Hz
5KHz
Φm
1 mΦm 2 1 mΦm 2
Φ Φ0
O
F /2π
f0 - F
f0
f0 + F f
8.2.1.模拟调制
振幅调制应用实例
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8.2.1模拟调制
调幅波
8.2.1模拟调制
1.振幅调制(AM)
信息 载波
振幅调制：载波的包络变化－－信息
8.2.1模拟调制
1.振幅调制(AM)
载波 (t ) 0 [1 mV (t )] m sin(t )
信息 V (t ) sin( t )
振幅
(t ) 0 [1 m sin( t )] m sin(t )
8.3.1 光信号强度的调制 8.3.2 光信号相位的调制 8.3.3 光信号频率的调制 8.3.4 光信号偏振的调制
8.3 光信号调制的基本方法
8.3.1 光信号强度的调制
可实现强度调制典型的方法
1. 辐射源调制
2. 机电调制
3. 光电子调制
1.辐射源调制
8.3.1 光信号强度的调制
--改变输入电流来实现光强度的调制 1)半导体激光器调制 －－调制频率10GHz
讨论： 调制指数m 对调幅波形的影响
(t ) 0 [1 m sin( t )] m sin(t )
讨论： 调制指数m 对调幅波形的影响
(t ) 0 [1 m sin( t )] m sin(t )
讨论： 调制指数m 对调幅波形的影响
8.2.1模拟调制
2.频率调制(FM)
(t ) 0 m sin[0t m f sin( t )]
f m >1 宽带调频 f mf --频率调制指数 mf <<1窄带调频 F
讨论： 调制指数m 对调频波形的影响
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[V (t )] 0 V (t )
(t ) 0 m sin[0 t V (t )dt ]
0
t
(t ) 0 m sin[0t m f sin( t )]
f mf F
--频率调制指数 mf >1 宽带调频 mf <<1窄带调频
调幅波频谱
Φ Φ0
O
1 mΦm 2
Φm
1 mΦm 2
V (t ) sin( t )
F /2π
f0 - F
f0
f0 + F f
信息“频率”
载波“频率”
调幅波频谱：
单一频率调制信号
调幅波频谱：
多个频率调制信号
1.振幅调制(AM) 信号变换－频率搬移 调幅波带宽 B=2F 滤波器
8.2.1模拟调制
1.振幅调制(AM)
载波 (t ) 0 [1 mV (t )] m sin(t ) 信息 V (t ) sin( t )
振幅
(t ) 0 [1 m sin( t )] m sin(t )
(t ) 0 m sin(t )
(t ) 0 m sin[0t m f sin( t )]
讨论： 调制指数m 对调频波形的影响
(t ) 0 m sin[0t m f sin( t )]
讨论： 调制指数m 对调频波形的影响
8.2.1模拟调制
2.频率调制(FM)
f mf F
c 用调制盘确定目标方位
1)调制盘调制
a. 用调制盘抑制背景噪声
有源带通 滤波器
1 m m {cos[( )t ] cos[( )t ]} 2
1.振幅调制(AM)
8.2.1模拟调制
(t ) 0 m sin(t ) 信号变换－－频率搬移
1 m m {cos[( )t ] cos[( )t ]} 2
8.2 光信号调制的基本原理
8.2.3 编 码 调 制
把模拟信号先变成脉冲序列，再变成代表信号 信息的二进制编码，然后对载波进行强度调制。 模拟量 抽 样
脉冲量 量 化
编 码
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4，8，……
0100，1000，……
数字信号
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调频光信号产生实例
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8.2.2 脉冲调制
Φ
8.2 光信号调制的基本原理
Φ
0
t
0
t
原始脉冲波形
Φ
Φ
脉冲幅度调制
0
t
0
t
脉冲频率调制
脉冲宽度调制
应用：－－激光测距、目标跟踪与识别等· · · · · ·
振幅调制应用实例
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2.频率调制(FM)
8.2.1模拟调制
信息
载波
(a)
频率调制：载波的频率变化－－信息
(b)
2.频率调制(FM)
8.2.1模拟调制
(t ) 0 m [V (t )]sin{[V (t )]t [V (t )]}
8.1 光信号调制的概述
二次调制的意义？？？
输入 驱动 电路 InGaAsP 激光器 C 光纤
PIN
RL 放大器
判别 电路
输出
声音、图像 －－加载信息
抑制干扰 －－改善品质
8.1 光信号调制的概述
－－小结
光波是信息的载体，通常称为光载波。光学调制是 指改变光载波的一个或者几个特征参数的过程。
光的强度
1)调制盘调制
光点扫描式调幅 旋转调频
调相式
脉冲调宽
调制盘是一种典型的光强度调制器
应用：－－红外被动制导系统、红外跟踪系统 －－激光波束制导，· · ·· · ·
1)调制盘调制
2. 机电调制
最基本的作用：恒定的辐通量－－周期性辐通量
a b
抑制光源波动和探测器系统内部电子噪声的影响。 用调制盘进行空间滤波,抑制目标背景噪声
8.1 光信号调制的概述
1.光载波的特征参数
－－人眼和探测器起作用的是光波的电场强度
E E0 cos(2 vt 0 )
振幅 频率 相位
光的强度
（辐通量）
I E
2 0
－－光强是使用最为广 泛的特征参数
特征参数： －－光强、振幅、频率、相位、 －－偏振方向、传播方向，· · ·· · ·
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8.2 光信号调制的基本原理
以光信号的强度（辐通量）调制为例讨论，适用 于光波的振幅、相位和频率等参数的调制
8.2.1 模拟调制
8.2.2 脉冲调制 8.2.3 编码调制
8.2 光信号调制的基本原理
8.2.1模拟调制
8.1 光信号调制的概述
2. 调制：一次调制和二次调制
特征参数： －－光强、振幅、频率、相位、 －－偏振方向、传播方向，· · ·· · ·
光学调制是指改变光载波的一个或者几个特征参数 的过程。 一次调制
广义的光学调制
二次调制
8.1 光信号调制的概述
2. 调制：一次调制和二次调制 例1.卫星遥感农作物产量
8.1 光信号调制的概述
2. 调制：一次调制和二次调制 例3：激光脉冲测距 主波
回波 －－ 脉冲调制将信息加载到光波上？
人为地按确定的规律变换载波信号，称为二次调制
8.1 光信号调制的概述
2. 调制：一次调制和二次调制 例4：利用调制光测量液体浓度
液体浓度（信息）对光强参数的调制 一次调制 调制盘（确定时间规律）对光强参数的调制为 二次调制
光纤通信系统
输入 驱动 电路 InGaAsP 激光器 C 光纤
PIN
RL 放大器
判别 电路
输出
光强度调制，· · ·· · ·
光学信号变换 举例
场镜、光锥等光学系统会聚目标辐射能量
光机扫描扩大视场 光谱滤波消除背景辐射干扰 色散光栅实现光谱的空间分离 光强度调制，· · ·· · ·
光电系统中光学信号变换有着重要的意义，其变换方法 也很多。本章重点讲述光信号的强度、频率、相位和偏 振等参数的调制。
（辐通量）
I E
2 0
－－光强是使用最为广 泛的调制参数
将信息直接加载到光载波上的调制，称为一次调制
人为地按确定的规律变换载波信号，称为二次调制
光电系统中常用的调制大多是二次调制
第08章 光学信号的调制
8.1 光信号调制的概述 8.2 光信号调制的基本原理 8.3 光信号调制的基本方法
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