直接調(diào)制和空間光調(diào)制

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1、1.5直接調(diào)制直接調(diào)制就是要把傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入半導(dǎo)體光源，從而獲得已調(diào)制的信號(hào)。由于它是在光源內(nèi)部進(jìn)行的，因此又叫內(nèi)調(diào)制。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便高效率、高速調(diào)制根據(jù)調(diào)制信號(hào)的類型，可分為以下兩種：模擬調(diào)制：用連續(xù)模擬信號(hào)直接對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制數(shù)字調(diào)制：用脈沖編碼的數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制11.5.1半導(dǎo)體激光器（LD）直接調(diào)制原理由半導(dǎo)體的激光輸出特性圖可以看出：半導(dǎo)體激光器有一個(gè)閾值電流It，到驅(qū)動(dòng)電流小于It時(shí)，激光器基本上不發(fā)光或只發(fā)出微弱的熒光；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流大于It時(shí)，開(kāi)始發(fā)射激光。其光譜特性圖如圖：高于閾值低于閾值波長(zhǎng)相對(duì)強(qiáng)度輸出功率驅(qū)動(dòng)電流2若把調(diào)制信號(hào)加到

2、激光器上，就可以直接改變激光器輸出光信號(hào)的強(qiáng)度。半導(dǎo)體激光器調(diào)制原理示意圖：半導(dǎo)體激光器調(diào)制信號(hào)直流偏置3由輸出光功率與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系曲線圖可知：為了獲得線性調(diào)制，使工作點(diǎn)處于輸出特性曲線的輸出部分我們需要在加調(diào)制信號(hào)的同時(shí)加以適當(dāng)?shù)钠秒娏?，使輸出的光信?hào)不失真。偏置電流不宜偏大，會(huì)使激光器的消光比變壞。4當(dāng)激光頻率很高時(shí)，調(diào)制電路要用高通濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生畸變。為了不產(chǎn)生調(diào)制畸變，要求輸出功率要與閾值以上的電流呈良好的線性關(guān)系；為了盡量不出現(xiàn)馳豫振蕩，應(yīng)采用條寬較窄的激光器結(jié)構(gòu)。51.5.2半導(dǎo)體光源的模擬調(diào)制無(wú)論是使用LD或LED作為光源，都要施加偏置電

3、流Ib，使工作點(diǎn)處于LD后LED的線性工作區(qū)。調(diào)制線性好壞與調(diào)制深度m有關(guān)：LD：m=調(diào)制電流幅度偏置電流-閾值電流LED:m=調(diào)制電流幅度偏置電流67由這兩個(gè)圖可以看出，m大時(shí)，調(diào)制信號(hào)幅度大，但線性差；m小時(shí)。線性好，但調(diào)制幅度小，因此要選擇合適的m值。1.5.3半導(dǎo)體光源的PCM調(diào)制數(shù)字調(diào)制是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”碼和’0”碼對(duì)光源發(fā)出的光載波進(jìn)行調(diào)制。1、先將連續(xù)的模擬信號(hào)通過(guò)“抽樣”變換成一組調(diào)幅的脈沖序列；82、通過(guò)“量化”、“編碼”過(guò)程，形成一組等幅度、等寬帶的矩形脈沖作為“碼元”；3、將PCM數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。數(shù)字光通信的優(yōu)點(diǎn)：1、數(shù)字光信號(hào)在

4、信道傳輸過(guò)程中引進(jìn)的噪聲和失真，可采用簡(jiǎn)介中繼器的方式去掉，抗干擾能力強(qiáng)；2、線性要求不高，可充分利用光源的發(fā)光功率；3、數(shù)字光通信便于和PVM電話終端、PCM數(shù)字彩色電視機(jī)終端和計(jì)算機(jī)連接，從而組成一個(gè)綜合性系統(tǒng)。91.6空間光調(diào)制器1.6.1空間光調(diào)制器的概念空間光調(diào)制器，是一種對(duì)光波的空間分布進(jìn)行調(diào)制的器件。空間光調(diào)制器含有獨(dú)立單元即像素，它們?cè)诳臻g排列成一維或二維陣列，每個(gè)像素都可以獨(dú)立的接受光信號(hào)或電信號(hào)的控制，并按此次弄好改變自身的光學(xué)性質(zhì)，從而對(duì)通過(guò)他的光波進(jìn)行調(diào)制。10控制這些像素光學(xué)性質(zhì)的信號(hào)稱為“寫(xiě)入信號(hào)（W）”，寫(xiě)入信號(hào)可以是電信號(hào)也可以是光信號(hào)

5、，射入器件并被調(diào)制的光稱為“讀出光（IR）”，和調(diào)制后的“輸出光”的關(guān)系為：讀出光（IR）輸出光（IO）寫(xiě)入信號(hào)（W）11當(dāng)寫(xiě)入信號(hào)是光信號(hào)時(shí)，通常表現(xiàn)為一個(gè)二維的光強(qiáng)分布的圖像，通過(guò)一光學(xué)系統(tǒng)成像在空間光調(diào)制器的像素平面上，是入射光的像素與空間光調(diào)制器的像素一一對(duì)應(yīng)，這個(gè)過(guò)程稱為“尋址”。尋址方式為“光學(xué)尋址”。因?yàn)閷ぶ窌r(shí)同時(shí)完成的，因此光學(xué)尋址是一種“并行尋址方式”。讀出光通過(guò)調(diào)制器時(shí)，其光學(xué)參量就受到空間光調(diào)制器個(gè)像素的調(diào)制，輸出一束具有新的光學(xué)參量空間分布的輸出光。12這種方式主要用于光—光轉(zhuǎn)換器件，這種器件可以用于光學(xué)信息處理和光計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換、顯示、存

6、儲(chǔ)和濾波。當(dāng)寫(xiě)入信號(hào)是電信號(hào)時(shí)，采用電學(xué)尋址方式，主要用于電—光實(shí)時(shí)接口器件。優(yōu)點(diǎn)：直接利用電信號(hào)控制輸出光的振幅或相位。13141.6.2空間光調(diào)制器的基本功能1.變換器功能（1）電—光轉(zhuǎn)換和串行—并行轉(zhuǎn)換。例如：待處理的信息來(lái)自攝影機(jī)或計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)，他往往是一個(gè)隨時(shí)間變化的電信號(hào)，為了把該信號(hào)輸入到光學(xué)系統(tǒng)中去，就要用空間光調(diào)制器，一方面把按時(shí)間先后串行的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成一個(gè)在空間以一維或二維陣列形式排列的控制信號(hào)，另一方面又把陣列中每個(gè)像素上的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成能調(diào)制讀出光的光學(xué)性質(zhì)的變化。15（2）非相干光—相干光轉(zhuǎn)換在實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中，可以把寫(xiě)入的非相干光信號(hào)轉(zhuǎn)換

7、成輸出的相干光信號(hào)。因?yàn)閷?shí)時(shí)處理系統(tǒng)的對(duì)象往往是一個(gè)實(shí)際物體，一般的光學(xué)系統(tǒng)只能使它形成一個(gè)非相干圖像，但在處理中卻要求一個(gè)相干圖像，以便進(jìn)行頻域處理或進(jìn)行基于光干涉的處理等。IRIWIO162.放大功能當(dāng)寫(xiě)入光強(qiáng)較弱時(shí)，或者在信息處理過(guò)程層中圖像信號(hào)變?nèi)鯐r(shí)，可以采用空間均勻分布的、強(qiáng)度大的空間光調(diào)制器予以增強(qiáng)，即可得到放大了的輸出光相干信號(hào)。3.運(yùn)算功能信號(hào)倍乘識(shí)別大多數(shù)空間光調(diào)制器的固有性能。4.閾值操作功能17利用器件的閾值特性，可以把連續(xù)變化的寫(xiě)入信號(hào)變換成若干分立的“值”輸出，最簡(jiǎn)單的操作是把寫(xiě)入信號(hào)量化為“0”和“1”兩種輸出。給一個(gè)閾值