光束调制和扫描

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1、UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1 13.4 光束的调制和扫描光束的调制和扫描 磁光调制主要是应用法拉第旋转效应磁光调制主要是应用法拉第旋转效应 使一束线偏振光在外加磁场作用下的介使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转质中传播时，其偏振方向发生旋转 例如：法拉第旋转器的应用UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 2 21. 磁光体调制器磁光体调制器 zzHdc45 入射光入射光起偏器起偏器调制信号调制信号检偏器检偏器YIG棒棒磁光调制示意图磁光调制示意图 为了获得线性调制，在垂直于光传播的

2、方向上加一恒定为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场磁场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。，其强度足以使晶体饱和磁化。 工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场强度应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场强度H。UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 3 3 s：是单位长度饱和法拉第旋转角；：是单位长度饱和法拉第旋转角； ：是调制磁场：是调制磁场 如果再

3、通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光。如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光。 UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 4 42. 磁光波导调制器磁光波导调制器 TMTETMxzy 磁光波导模式转换调制器磁光波导模式转换调制器 在磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，当电在磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，当电流通过蛇形线路时，蛇形线路中某一条通道中的电流沿流通过蛇形线路时，蛇形线路中某一条通道中的电流沿y方方向，则相邻通道中的电流沿向，则相邻通道中的电流沿 y方向，该电流可产生方向，该电流可产生 z、 z方方向交替变化的磁场，磁

4、性薄膜内便可出现沿向交替变化的磁场，磁性薄膜内便可出现沿 z、 z方向交替方向交替饱和磁化。饱和磁化。 UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 5 5蛇形磁场变化的周期为蛇形磁场变化的周期为 ：TE模和模和TM模传播常数之差。模传播常数之差。 可将输入可将输入TM模的（模的（ =1.52 m）52%的功率转换的功率转换到到TE模上去。磁光波导模式转换调制器的输出耦合器一模上去。磁光波导模式转换调制器的输出耦合器一般使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的般使用具有高双折射的金红石棱镜，使输出的TE和和TM模分成两条光束。模分成两条光束。UPDOWNBACK8/

5、31/20248/31/2024 共共2424页页 6 63.5直接调制直接调制 直接调制是把要传递的信息转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（激变为电流信号注入半导体光源（激光二极管光二极管LD或半导体发光二极管或半导体发光二极管LED），从而获得调制光信号。由），从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进行的，因此又于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。称为内调制。 根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟调制和数字调制两种。调制和数字调制两种。半导体激光器（半导体激光器（LD）直接调制）直接调制 半导体发光二极管（半导体发光

6、二极管（LED）的调制）的调制 激光源激光源驱动器驱动器光纤光纤光信号输出光信号输出电信号电信号输入输入直接调制直接调制UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 7 71.半导体激光器（半导体激光器（LD Laser Diode ）直接调制的原理）直接调制的原理半导体激光器是如何发光的？半导体激光器是如何发光的？UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 8 810500 50 100 It 150驱动电流驱动电流(mA)输输出出功功率率(mW) 半导体激光器的输出特性半导体激光器的输出特性10080604020850 950

7、1050波长波长( m)相相对对辐辐射射强强度度(%)高于阈值高于阈值低于阈值低于阈值 半导体激光器的光谱特性半导体激光器的光谱特性 获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流分，必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流Ib，这样就可以使输出的光信号不失真。，这样就可以使输出的光信号不失真。 UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 9 9输输出出功功率率直直 流流 偏偏置置调制信号调制信号输出光强信号输出光强信号ttt(b)CLLD调制信号调制信号直流偏置直

8、流偏置(a) 半半导导体体激激光光器器调调制制 (a) 电电原原理理图图；(b) 调调制制特特性性曲曲线线 半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。或破坏器件的正常工作。UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 10102.半导体发光二极管（半导体发光二极管（LED Light Emitting Diode ）的调制特性）的调制特性半导体发光二极管是如何发光的？半导体发光二

9、极管是如何发光的？UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1111LD2LD1LED1LED2LED3LED4I(mW)Pout(mW)16141210864200 100 200 300 400 LED与与LD 的的Pout-I曲线比较曲线比较 半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率不半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率不像半导体激光器那样会随注入电流的变化而发生突变，因此，像半导体激光器那样会随注入电流的变化而发生突变，因此，LED的的PI特性曲线的线性比较好。特性曲线的线性比较好。UPDOWNBACK8/31/20248/31/2

10、024 共共2424页页 12123.半导体光源的模拟调制半导体光源的模拟调制LEDUb+EcIc已调光波已调光波(a)PoutItIco(b) 模模拟拟信信号号驱驱动动电电路路激激光光强强度度调调制制 (a) 驱驱动动电电路路；(b) LED工工作作特特性性 无论是使用无论是使用 LD或或LED作光源，都要施加偏置电流作光源，都要施加偏置电流Ib，使其工作点处于使其工作点处于LD或或LED的的PI特性曲线的直线段，特性曲线的直线段， UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1313其调制线性好坏与调制深度其调制线性好坏与调制深度m有关：有关： UPDOWN

11、BACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 14144.半导体光源的脉冲编码数字调制半导体光源的脉冲编码数字调制PoutIbIDttI(a)OPoutIOt(b)数字调制特性数字调制特性 (a) 加加Ib后后LD数字调制特性；数字调制特性；(b) LED数字调制特性数字调制特性线性矩形调制线性矩形调制UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1515 数字调制是用二进制数字信号数字调制是用二进制数字信号“1”和和“0”码对光源码对光源发出的光波进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制，发出的光波进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制，即先

12、将连续的模拟信号通过即先将连续的模拟信号通过“抽样抽样”变成一组调幅的脉冲变成一组调幅的脉冲序列，再经过序列，再经过“量化量化”和和“编码编码”过程，形成一组等幅度、过程，形成一组等幅度、等宽度的矩形脉冲作为等宽度的矩形脉冲作为“码元码元”，结果将连续的模拟信号，结果将连续的模拟信号变成了脉冲编码数字信号。然后，再用脉冲编码数字信号变成了脉冲编码数字信号。然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强度调制对光源进行强度调制 调制器及波形调制器及波形UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1616由于数字光通信的突出优点，所以其有很好应用的前景。由于数字光通信的突出

13、优点，所以其有很好应用的前景。首先因为数字光信号在信道上传输过程中引进的噪声和失真，首先因为数字光信号在信道上传输过程中引进的噪声和失真，可采用间接中继器的方式去掉，故可采用间接中继器的方式去掉，故抗干扰能力强抗干扰能力强；其次对数字光纤通信系统的其次对数字光纤通信系统的线性要求不高线性要求不高，可充分利用光源，可充分利用光源（LD）的发光功率；）的发光功率；第三数字光通信设备便于和脉冲编码电话终端、脉冲编码数字第三数字光通信设备便于和脉冲编码电话终端、脉冲编码数字彩色电视终端、电子计算机终端相连接，从而组成既能传输电彩色电视终端、电子计算机终端相连接，从而组成既能传输电话、彩色电视，又能传输

14、话、彩色电视，又能传输计算机数据的多媒体综合通信系统计算机数据的多媒体综合通信系统。UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1717知识延伸简述光纤通信中激光器直接调制的简述光纤通信中激光器直接调制的定义、用途和特点。定义、用途和特点。答：直接调制：即直接对光源进行调制，通过控制半导体激光答：直接调制：即直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小，改变激光器输出光波的强弱，又称为内器的注入电流的大小，改变激光器输出光波的强弱，又称为内调制。调制。传统的传统的PDH和和2.5Gbits速率以下的速率以下的SDH系统使用的系统使用的LED或或LD光

15、源基本上采用的都是这种调制方式。光源基本上采用的都是这种调制方式。直接调制方式的特点是直接调制方式的特点是:输出功率正比于调制电流，简单、损耗小、成本低输出功率正比于调制电流，简单、损耗小、成本低SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列，同步数字系列) PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字系列，准同步数字系列) UPDOWNBACK8/31/20248/31/2024 共共2424页页 1818编码器可分为信源编码和（编码器可分为信源编码和（ ）两部分）两部分 信道编码信道编码阐述光源半导体激光器阐述光源

16、半导体激光器LD和半导体发光二极管和半导体发光二极管LED的的主要区别和作用。主要区别和作用。 答：答：LD和和LED相比，其主要区别在于，前者发出的是激光，相比，其主要区别在于，前者发出的是激光，后者发出的是荧光，因此，后者发出的是荧光，因此，LED的谱线宽度较宽，调制效率的谱线宽度较宽，调制效率低，与光纤的耦合效率也较低；但它的输出特性曲线线性好，低，与光纤的耦合效率也较低；但它的输出特性曲线线性好，使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。而而LD一般适用于长距离、大容量的传输系统，在高速率的一般适用于长距离、大容量的传输系统，在高速率的PDH和和SDH设备上已被广泛采用。设备上已被广泛采用。