光調制電路

A. 激光器為什麼要加調制，什麼是激光器的調制，TTL/模擬調制各自是什麼含義，有什麼區別

類似通信系統中的調制，將激光器調制後輸出模擬信號，如果將有效信號載入到模擬信號中，在信號提取時受到的干擾會很小，比如有效信號是直流，在提取時要加濾波器，一般干擾信號為動態變化的信號，這樣干擾信號和調制模擬信號就都被濾掉了。

TTL調制就是調製成0v、5v數字信號，模擬調制就是調製成模擬信號，區別就是一個數字一個模擬。

(1)光調制電路擴展閱讀

半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件。其工作原理是，通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處於粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時，便產生受激發射作用。

半導體激光器是用半導體材料作為工作物質的一類激光器，由於物質結構上的差異，產生激光的具體過程比較特殊。

半導體激光器使用注意事項：

1、激光器工作時，要佩戴合適的防護器具（防護服、手套、防護鏡等），避免激光直射眼睛和皮膚，並注意被照射物體的反射、散射光可能對人造成的傷害。

2、在使用、貯存、運輸過程中要採取防靜電措施。操作人員、工作台、烙鐵等一定要接地良好。

3、必須保證激光器的驅動電源在開、關、調節、工作等過程中不產生尖峰脈沖、浪涌，並能夠屏蔽電網和空間電磁感應引入的浪涌。

4、應在額定電流、額定功率下使用，若超額定電流或功率使用，會加速激光器退化或導致激光器的失效。

5、必須在指定的溫度范圍內工作，保證良好的散熱或製冷。

6、需要在規定的溫、濕度條件下使用、存儲、運輸，並保證環境的潔凈度。避免各種由於環境和操作原因對激光器造成的污染。

7、光纖輸出的半導體激光器，在使用前必須對光纖連接頭端面進行清潔處理，保證端面無污染；光纖如需彎折，彎曲直徑要大於300倍光纖芯徑，以避免光纖的損壞。

B. 請問光纖通信外調制技術和內調制技術各自的優點

實現光束調制的方法,根據調制器與光源的關系可以分為內調制和外調制兩種。內調制是指載入信號是在光源產生的過程中進行,如在激光振盪過程中進行,以調制信號改變激光器的振盪參數,從而改變激光器輸出特性以實現調制。內調制又稱為直接調制,它是在輻射源供電源上,施加交變或脈沖的激勵電壓而實現的調制方法,在許多情況下比起在電路中加入調制器的方式更為簡單和有效。外調制是在光電檢測系統的光路上放置調制器,用調制信號改變調制器的物理性能,當光束通過調制器時,使光波的某個參量受到調制。目前常用的外調制器有電折射調制器、電吸收MQW調制器、M-Z型調制器等。內調制優點：簡單、經濟、容易實現；缺點：隨著傳輸速率的不斷提高，直接強度調制帶來了輸出光脈沖的相位抖動即啁啾效應，使得光纖的色散增加，限制了容量的提高。外調制優點：可以減小啁啾；缺點：比較復雜，成本較大

C. 光數據機的工作原理

基帶數據機由發送、接收、控制、介面、操縱面板及電源等部分組成。數據終端設備以二進制串列信號形式提供發送的數據，經介面轉換為內部邏輯電平送入發送部分，經調制電路調製成線路要求的信號向線路發送。接收部分接收來自線路的信號，經濾波、反調制、電平轉換後還原成數字信號送入數字終端設備。 光數據機是一種類似於基帶數據機的設備，和基帶數據機不同的是接入的是光纖專線，是光信號。

D. 光調制器的M-Z干涉儀式調制器原理介紹

電光調制器(EOM)是利用某些電光晶體，如鈮酸鋰(LiNbO3)、砷化鎵(GaAs)和鉭酸鋰(LiTaO3)的電光效應而製成的。電光調制是基於線性電光效應(普爾克效應)即光波導的折射率正比於外加電場變化的效應。電光效應導致的相位調制器中光波導折射率的線性變化，使通過該波導的光波有了相位移動，從而實現相位調制。單純的相位調制不能調制光的強度。但由包含兩個相位調制器和兩個Y分支波導構成的馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀型調制器可以調制光的強度。
M-Z干涉儀式調制器結構如圖1所示。輸入光波經過一段光路後在一個Y分支處被分成相等的兩束，分別通過兩光波導傳輸，光波導是由電光材料製成的，其折射率隨外加電壓的大小而變化，從而使兩束光信號分別到達第2個Y分指出產生相位差。若兩束光的光程差是波長的整數倍，兩束光相干抵消，調制器輸出很小。因此通過控制電壓就能對光信號進行調制。
對於各種類型的高速調制器，主要應考慮高頻信號的頻率限制問題，為此可將高頻調制信號以行波形式輸入，以確保電光調制器中光波和調制電場具有相同的速度。目前高速長距離系統中，所用調制器大多數是以M-Z干涉儀為基礎的行波電極電光調制器。這種調制器具有如下優點：
(1) 採用行波電極，可獲得很高的工作速度；
(2) 以鈮酸鋰(LiNbO3)材料為襯底製作的M-Z調制器與DFB激光器(分布式反饋激光器)組合，使調制信號的頻率啁啾非常小；
(3) 性能的波長依賴性很小。
對未來的光網路來說，集成化是必然的發展趨勢，對器件的尺寸的要求越來越苛刻。有機聚合物是當今公認的最具挑戰意義的一種新型非線性光學材料，並且由於其自身的優點，正成為人們關注的焦點。使用聚合物電光材料製成的有機物電光調制器將在未來的光通信、光信息處理領域發揮越來越重要的作用。

E. 電吸收光調制的工作原理是什麼

當給晶體或液體加上電場後，該晶體或液體的折射率發生變化，這種現象稱為電光效應。電光效應在工程技術和科學研究中有許多重要應用，它有很短的響應時間，可以在高速攝影中用做快門或在光速測量中用做光束斬波器等。

F. 光電調制的原理

當給晶體或液體加上電場後，該晶體或液體的折射率發生變化，這種現象稱為電光效應。電光效應在工程技術和科學研究中有許多重要應用，它有很短的響應時間，可以在高速攝影中用做快門或在光速測量中用做光束斬波器等。在激光出現以後，電光效應的研究和應用得到迅速發展，電光器件被廣泛應用在激光通信、激光測距、激光顯示和光學數據處理等方面。本文提出的電光調制系統就是基於晶體的電光效應驗證電光調制原理。

1 電光調制原理

電光調制是利用某些晶體材料在外加電場作用下折射率發生變化的電光效應而進行工作的。根據加在晶體上電場的方向與光束在晶體中傳播的方向不同，可分為縱向調制和橫向調制。電場方向與光的傳播方向平行，稱為縱向電光調制；電場方向與光的傳播方向垂直，稱為橫向電光調制。橫向電光調制的優點是半波電壓低、驅動功率小，應用較為廣泛。本電光調制系統是以鈮酸鋰晶體的橫向調制為例。圖1是一種橫向電光調制的示意圖。

沿z方向加電場，通光方向沿感應主軸y′方向，經起偏器後光的振動方向與z軸的夾角為45°。光進入晶體後，將分解為沿x′和z方向振動的兩個分量，兩者之間的折射率之差為。假定通光方向上晶體長度為l，厚度為d(即兩極間的距離)，則外加電壓為V=Ezd時，從晶體出射的兩束光的相位差為：

由式(1)可以看出，只要晶體和通光波長λ確定之後，相位差△φ的大小取決於外加電壓V，改變外加電壓V就能使相位差△φ隨電壓V成比例變化。通常使用的電光晶體的主要特性之一是採用半波電壓米表徵(當兩光波間的相位差△φ為π弧度時所需要的外加電壓稱為半波電壓)。

2 電光調制系統總體設計

基於電光調制原理設計出此電光調制系統，用以研究電場和光場相互作用的物理過程，也適用於光通信與物理的實驗研究。電光調制系統結構見圖2。

2.1 工作原理

激光器電源供給激光器正常工作的電壓，確保激光器穩定工作。由激光器產生的激光經起偏器後成線偏振光。線偏振光通過電光晶體的同時，給電光晶體外加一個電壓，此電壓就是需要調制的信號。當給電光晶體加上電壓後，晶體的折射率及其光學性能發生變化，改變了光波的偏振狀態，線偏振光變成了橢圓偏振光。為了選擇合適的調制工作點，在電光晶體之後插入一個λ／4波片，使通過電光晶體的兩束光線的相位延遲π／2，使調制器工作在線性部分，通過檢偏器檢測輸出光的偏振方向，最後用光電探測器檢測調制後的光信號，並將其轉換為電信號用示波器觀察。

2.2 激光器和激光器電源

此系統中，激光器使用氦氖激光器。氦氖激光管是一種特殊的氣體放電光源，與其他光源相比，它具有極好的單色性、高度的相乾性和很強的方向性(發散角很小)，激光器電源首先將220 V輸入電壓通過變壓器升到1 000 V，再將該電壓通過倍壓電路提升到約5 000 V，然後通過限流電阻直接給激光管供電。當電源開關剛打開時，激光管中氣體還沒有電離，內阻相當於無窮大，此時電源輸出約5 000 V高壓，這就是激光管的點火電壓，使得激光管中的氣體電離，激光管開始工作，這時激光管的電阻將會大大下降。也就是說，負載電流上升，激光器的電源輸出電壓也會下降。

2.3 鋰酸鈮電光晶體

鈮酸鋰晶體具有優良的壓電、電光、聲光、非線性等性能。本系統中採用LN電光晶體。LN晶體是三方晶體，n1=n2=no，n3=ne。

沒有加電場之前，LN的折射率橢球為：

本系統中採用y軸通光、z軸加電場，也就是說，E1=E2=0，E3=E。那麼，加上電場後折射率橢球為：

式(4)表明，LN晶體沿z軸方向加電場後，可以產生橫向電光效應，但是不能產生縱向電光效應。

經過晶體後，o光和e光產生的相位差為：

2.4 信號源

信號源系統結構如圖3所示。信號源是為了給電光晶體提供調制電壓以及使系統能夠接入音頻信號。電源部分可以同時輸出幾路直流穩壓電源給信號源的各個模塊同時供電；信號發生模塊產生頻率和幅度都連續可調的正弦波與方波；功率放大模塊將輸入的正弦波與方波以及音頻信號放大到幾十伏，然後加到電光晶體上調制通過電光晶體的激光；解調模塊對從探測器輸入的微弱信號進行解調放大，對輸入的微弱音頻信號驅動放大後通過音箱把聲音放出來；偏置高壓模塊產生幅度連續可調的直流高壓，以代替λ／4波片作為調制晶體的半波電壓。

3 電光調制在光通信中的應用

本系統是用光波傳遞聲音信息，由激光器產生的激光經起偏器後成為線偏振光，再經過λ／4波片變成圓偏振光，使得2個偏振分量(o光和e光)在進入電光晶體之前產生π／2的相位差，使調制器工作在近似線性區域。在激光通過電光晶體的同時，給電光晶體加一個外加電壓，此電壓是需要傳輸的聲音信號。當給電光晶體加上電壓後，晶體的折射率及其他光學性能發生變化，改變了光波的偏振狀態，因此，圓偏振光變成橢圓偏振光，再經檢偏器又成為線偏振光，光強被調制。此時的光波載有聲音信息並在自由空間傳播，在接收地用光電探測器接收被調制的光信號，然後進行電路轉換，將光信號轉換成電信號，用解調器將聲音信號還原，最終完成聲音信號的光傳輸。外加電壓為被傳輸的聲音信號，此信號可以是收錄機的輸出或磁帶機輸出，實際上就是一個隨時間變化的電壓信號。

4 結束語

通過以上電光調制系統驗證電光調制技術進行激光通信是可行的，而且此種通信方法傳輸速度快，抗干擾能力強，保密性好，結構簡單，成本低廉，易於實現。

G. 激光調制原理

激光調制分為內調制和外調制兩類。內調制是指載入的調制信號在激光振盪的過程中進行，以調制信號的規律去改變振盪的參數，從而達到改變激光輸出特性實現調制的目的。例如通過直接控制激光泵浦源來調制輸出激光的強度。內調制也可在激光諧振腔內放置調制元件，用信號控制調制元件，以改變諧振腔的參數，從而改變激光輸出特性實現調制。

外調制是指載入調制信號在激光形成以後進行的，即調制器置於激光諧振腔外，在調制器上加調制信號電壓，使調制器的某些物理特性發生相的變化，當激光通過它時即得到調制。所以外調制不是改變激光器參數，而是改變已經輸出的激光的參數（強度、頻率等）。外調制是當前人們較重視的一種調制方法。

激光調制與無線電波調制相類似，激光振盪的瞬時電場也可表示為：

ec(t)=Accos(wct+ψc) （20－28）

式中Ac為激光振盪的振幅，wc為振盪的角頻率，ψc為振盪的相位角。式（20－28）中，如果振幅、頻率和相位均為常數，則ec(t)表示一個未調制的正弦振盪即載波。如果上述三個參數之一受到外加信號控制而發生變化，則ec(t)就成為已調制振盪。按照調制波控制參數（Ac、wc或ψc）的不同，激光調制可分為調幅、調頻和調相等類型。按載波的振盪輸出方式不同又可分為連續調制、脈沖調制和脈沖編碼調制等。

脈沖調制主要分為脈沖調幅（PAM）、脈沖強度調制（PIM）、脈沖調頻（PFM）、脈沖調位（PPM）及脈沖調寬（PWM）等類型。

脈沖編碼調制（PCM）是先將連續的模擬信號通過抽樣、量化和編碼，轉換成一組二進制脈沖代碼，用幅度和寬度相等的矩形脈沖的有、無來表示，再將這一系列反映數字信號規律的電脈沖加在一個調制器上以控制激光的輸出。這種調制形式也稱為數字強度調制（PCM／IM）。

激光調制的方法由調制器依據的原理不同常分為電光調制、聲光調制、磁光調制、干涉調制、直接調制等。

H. 光纖收發器和光調制器有什麼區別

收發器相當於信箱和投遞員。而調制器相當於寫信。工作不同，技術含量也不同，所以技術含量也不同。

I. 光調制器有什麼作用光調制器主要用於什麼系統

電光調制器(EOM)是利用某些電光晶體，如鈮酸鋰(LiNbO3)、砷化鎵(GaAs)和鉭酸鋰(LiTaO3)的電光效應而製成的。電光調制是基於線性電光效應(普爾克效應)即光波導的折射率正比於外加電場變化的效應。電光效應導致的相位調制器中光波導折射率的線性變化，使通過該波導的光波有了相位移動，從而實現相位調制。單純的相位調制不能調制光的強度。但由包含兩個相位調制器和兩個Y分支波導構成的馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀型調制器可以調制光的強度。
M-Z干涉儀式調制器結構如圖1所示。輸入光波經過一段光路後在一個Y分支處被分成相等的兩束，分別通過兩光波導傳輸，光波導是由電光材料製成的，其折射率隨外加電壓的大小而變化，從而使兩束光信號分別到達第2個Y分指出產生相位差。若兩束光的光程差是波長的整數倍，兩束光相干抵消，調制器輸出很小。因此通過控制電壓就能對光信號進行調制。
對於各種類型的高速調制器，主要應考慮高頻信號的頻率限制問題，為此可將高頻調制信號以行波形式輸入，以確保電光調制器中光波和調制電場具有相同的速度。目前高速長距離系統中，所用調制器大多數是以M-Z干涉儀為基礎的行波電極電光調制器。這種調制器具有如下優點：
(1) 採用行波電極，可獲得很高的工作速度；
(2) 以鈮酸鋰(LiNbO3)材料為襯底製作的M-Z調制器與DFB激光器(分布式反饋激光器)組合，使調制信號的頻率啁啾非常小；
(3) 性能的波長依賴性很小。
對未來的光網路來說，集成化是必然的發展趨勢，對器件的尺寸的要求越來越苛刻。有機聚合物是當今公認的最具挑戰意義的一種新型非線性光學材料，並且由於其自身的優點，正成為人們關注的焦點。使用聚合物電光材料製成的有機物電光調制器將在未來的光通信、光信息處理領域發揮越來越重要的作用。

J. 聲光調制器驅動電源的作用

聲波是一種縱向機械應力波(彈性波).若把這種應力波作用到聲光介質中時會引起介質密度呈疏密周期性變化,使介質的折射率也發生相應的周期性變化,這樣聲光介質在超聲場的作用下,就變成了一個等效的相位光柵,如果激光作用在該光柵上,就會產生衍射.衍射光的強度,頻率和方向將隨超聲場而變化 激光具有極好的時間相乾性和空間相乾性,它與無線電波相似,易於調制,且光波的頻率極高,能傳遞信息的容量很大.加之激光束發散角小,光能高度集中,既能傳輸較遠距離,又易於保密.因而為光信息傳遞提供了一種理想的光源.
我們把欲傳輸的信息載入於激光副射的過程稱為激光調制
光調制分為內調制和外調制兩類外調制是指載入調制信號在激光形成以後進行的,即調制器置於激光諧振腔外,在調制器上加調制信號電壓,使調制器的某些物理特性發生相的變化,當激光通過它時即得到調制.所以外調制不是改變激光器參數,而是改變已經輸出的激光的參數(強度,頻率等).
什麼是聲光調制
聲波是一種縱向機械應力波(彈性波).若把這種應力波作用到聲光介質中時會引起介質密度呈疏密周期性變化,使介質的折射率也發生相應的周期性變化,這樣聲光介質在超聲場的作用下,就變成了一個等效的相位光柵,如果激光作用在該光柵上,就會產生衍射.衍射光的強度,頻率和方向將隨超聲場而變化.所謂"聲光調制器"就是利用這一原理而實現光束調制或偏轉的.
聲光調制的原理
1 超聲波在聲光介質中的作用
2 聲光作用
①喇曼-奈斯衍射
②布喇格衍射
3 聲光調制器
1 超聲波在聲光介質中的作用
聲波在介質中傳播分為行波和駐波兩種形式
行波所形成的聲光柵其柵面是在空間移動的.介質折射率的增大和減小是交替變化的,並且以超聲波的速度Vs向前推進
在聲光介質中,兩列相向而行的超聲波(其波長,相位和振幅均相同)產生疊加,在空間將形成超聲駐波.聲駐波形成的聲光柵在空間是固定的,其相位變化與時間成正弦關系
合成聲波方程為:
a(z,t)=a1(z,t)+a2(z,t)=2Acos2πz/λs·sin2πt/Ts
介質中折射率的變化如圖1所示,聲波在一個周期T內,介質將兩次出現疏密層,且在波節處密度保持不變,因而折射率每隔半個周期(T/2)在波腹處變化一次,即由極大值變為極小值,或由極小值變為極大值,在兩次變化的某一瞬間介質各部分折射率相同,相當於一個不受超聲場作用的均勻介質.
若超聲頻率(即加在調制器上的信號頻率)為fs時,則聲光柵出現或消失的次數為2fs,因而調制光的頻率為2fs(為超聲頻率的二倍).

圖1
2 聲光作用
按照超聲波頻率和聲光介質厚度的不同,將聲光作用可以分為兩種類型,即喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射.
①喇曼-奈斯衍射
在超聲波頻率較低,且聲光介質的厚度L又比較小的情況下,當激光垂直於超聲場的傳播方向入射到聲光介質中時,將產生明顯的喇曼-奈斯聲光衍射現象,如圖2所示.在這種情況下,超聲光柵類似於平面光柵,當光通過時,將產生多級衍射,而且各級衍射的極大值對稱分布在零級條紋的兩側,其強度依次遞減.
圖2 圖3
設超聲波波長為λs,波矢量Ks指向x正方向,而入射光波矢量Ki指向y軸正方向,兩者呈正交(如圖3所示).
當應變較小時,並暫時略去時間t的依賴關系,則折射率隨空間位置x的變化關系為:
n(x)=n0-ΔnsinKsx
由於介質的折射率發生周期性變化,所以會對入射光束的相位進行調制.出射的光波已不再是平
面波,其等相面是一個由n(x)決定的皺折曲面.其各級極大值的衍射角θ應滿足公式:
λssinθ=±mλ
式中λs為超聲波波長;λ為入射光波長.
其各級衍射的光強值為:
Im=Jm2(v) v=2π/λΔnL
上式中Jm2(v)為m階貝塞爾函數;v表示由於折射率變化Δn而引起的被調制光束的相位變化.
②布喇格衍射
當超聲波頻率較高,且聲光介質較厚時,入射光線以一定角度(θi)入射,則產生布喇格聲光衍射(如圖4所示).布喇格聲光衍射的衍射光不是對稱分布的,當光以某一特定角度入射時,較高階衍射可以忽略,只出現零級和+1級或-1級(視入射光方向而定)衍射光.若能合理選擇參數,超聲波足夠強,可使入射光能量較集中地轉移到零級和+1級(或-1級)衍射極大值上.因而光束能量可以得到充分的利用,獲得較高的效率.
圖4

當光束以入射角θi射入聲光介質中時,由鏡面產生反射,而衍射光干涉,極大值應滿足條件:
Δ=mλ(m=0,±1,±2……).

2λssinθB=λ 式中θB稱為布喇格角.
只有入射角θi滿足上式的入射光波,才能在θi=θd方向上得到衍射極大值.這個式子通常稱為布喇格衍射公式.
可以證明,當入射光強為Ii時.布喇格衍射的零級與1級的衍射光強可分別表示為:
I0=Iicos2v/2 I1=Iisin2v/2
式中 v=2π/λΔnL
是光波穿過厚度為L的超聲場所產生的相位延遲.
3 聲光調制器
聲光調制器是由聲光介質,電聲換能器,吸聲(或反射)裝置及驅動電源等組成.
而作為聲光調制器來說,無論屬於哪種類型(喇曼-奈斯型衍射或布喇格型衍射),調制器都有兩種工作方式,一種是將零級光束作為輸出;另一種是將1級衍射光束作為輸出.當聲波振幅隨著調制信號改變時,各級衍射光的強度也將隨之發生相應變化.若將某一級衍射光和為輸出,利用光闌將其它衍射級遮攔,則從光闌孔出射的光束就是調制光.所以,如果用頻率為f的信號電壓加在電聲換能器上,由此在聲光介質中形成超聲場的頻率為fs,當光波通過該調制器時,將產生一個頻率為2fs的調制光.
聲光調制的應用
氣體激光,特別是氬離子激光,由於離子躍遷的特殊性,頻域參量幾乎完全隨即變化,表現為各模式幅度的劇烈起伏和隨機消失,給鎖模技術帶來一定困難,採用調製作用較強的鈮酸鋰石英,聲光調制系統,能夠實現氬離子激光鎖模,獲得亞毫微秒超短激光脈沖.這種鎖模氬離子激光已用於同步泵浦環形染料激光器.
_聲光鎖模器實質上是頻率非常穩定的超聲駐波與激光束相互作用的一種聲光調制器.如果聲光鎖模器的調制頻率與激光腔的縱模頻率間隔完全相等,這樣激光腔的各個縱橫便受到周期性的調制並保持相同的相位.經過不斷耦合,激光器的輸出就是一系列脈寬極窄的規則脈沖序列.
聲光調制的發展
隨著激光技術的發展,聲光調制的應用越來越多的拓展到各個行業當中.
預(光)刻伺服磁軌技術的研究,利用激光微斑記錄特性使磁碟存儲器的道密度得到大幅提高,而在預(光)刻伺服錄寫裝置中,一個重要的任務就是對激光束進行光強調制集光脈沖調制.而通常採用的既是聲光調制.
激光印刷機中,激光束的偏轉調制器就是應用聲光調制布拉格衍射原理實現的.利用高頻驅動電路可以產生高頻電振盪,通過超聲轉換能器形成超聲波,通過快速控制超聲波,實現聲光器件調制激光束的目的.
在軍事上,它也有廣泛應用.例如一種新式探測器:雷達波譜分析器.空軍飛行員可以利用它分析射到飛機上的雷達信號來判斷飛機是否被敵方跟蹤.外來的雷達信號與本機內半導體激光器產生的振盪信號經混頻,放大後,驅動聲光調制器,產生超聲波,當外來信號變化時,超聲波長也變化,衍射光的角度也變化,反映在二極體列陣上,我們可以很容易的識別敵方雷達信號