电光调制模拟激光通信技术

电光调制模拟激光通 信技术 组员：张家锐 周应洋 李阳 钱诚 引言 光波通信具有无线电通信无法比拟的优点, 在通信领域中 起着至关重要的作用,激光通信就是以激光作为信息载体 的通信, 实际上是将有线通信的电信号处理技术、激光调 制技术和激光传输技术相结合, 可用于空间及地面通信 光波通信具有无线电通信无法比拟的许多优点。首先通信 容量大, 激光不但频率很高( 约1013 Hz 1015 Hz, 比微波 高10 100 万倍) 而且单色性很好, 可以做通信的载频使用 。其次抗干扰能力强,由于激光的频率较高以致无线电波 对它起不了干扰作用, 激光的高方向性使得光波也很难干 扰。 基于以上所述, 我们提出了利用电光调制技术实现激光通 信, 首先要解决的问题是如何将被传输的信号加载到激光 上, 即通常所说的调制 设计方案 先由激光器产生的激光, 经起偏器后成为线 偏振光, 再经过1/ 4 波片变成圆偏振光, 使 得2 个偏振分量( 0 光和e 光) 在进入电光晶 体之前产生/ 2 的位相差，让调制器工作在 线性区。 在激光通过电光晶体的同时, 给电光晶体加 一个外加电压, 此电压就是需要传输的声音 信号。 当给电光晶体加上电压后, 晶体的折射率及 其他光学性能发生变化,改变了光波 的偏振 状态, 因此圆偏振光变成了椭圆偏振光, 再经 过检偏器又成为线偏振光, 光强被调制。 此时的光波载有声音信息并在自由空间传播, 在接收地用光电探测器接收被调制的光信号, 之后进行电路转换, 将光信号转换成电信号, 用解调器将声音信号还原, 最终完成声音信 号的光传输。 电光调制：将电信号转化成光信号 调制电路 图中P1, P2 分别为起偏振器和检偏振器, 两 者的透光轴相互垂直, P1 的透光轴平行于 晶体的x 主轴, P2 的透光轴平行于晶体的y 主轴, 并在P1, P2 间插入1/ 4 波片。 光信号耦合：将光信号耦合进光纤 耦合入光纤 长焦透镜短焦透镜传输光纤 F 图中F即为长焦透镜焦点也是短焦透镜焦点 。经过调制的光通过长短焦耦合透镜组使 输出激光的光斑半径变小，能够进入到传 输光纤之中。若长焦透镜焦距为F，短焦透 镜焦距为f，输入光斑半径为R，传输光纤 半径为d。则R*f/Fd达到耦合要求。 用户端解调：将光信号解调为电信号 用户端解调 光电接收器 转换电路解调器 用户解调时用放置顺序相反的耦合透镜组 将激光还原，在接收地用光电探测器接收 被调制的光信号, 之后进行电路转换, 将光 信号转换成电信号, 用解调器将信号还原, 最终完成信号的光传输。 折射率椭球与电光调制原理 KDP晶体，四方晶系 2m点群，晶格常量 ，原晶胞数2，中级晶族，单轴晶体。 KDP电光系数矩阵 施加外电场E，E平行于光轴时，椭圆的圆截面 变成了椭圆截面，折射率椭球由旋转椭球变成 了一般椭球，KDP晶体由单轴晶体变成了双轴 晶体。 折射率椭球方程由1变成了2： 1： 其中： 2： 因为 ，所以光在 方向传播的速度 比 方向上大， 因此称 轴为快轴， 轴为 慢轴。 电光效应：外加电场引起折射率的变化，折射 率变化引起光波在晶体中传播状况的变化，改 变传播光的幅度，频率，偏振态，传播方向等 。 电光相位延迟：在 ， 方向相速度不同，出 现快轴，慢轴，两偏振光之间产生了相位差， 这个相位差是由外加电场引起的，称作电光延 迟。相位差 上式中V是光波沿z方向的电位降。当 时偏 振光相对入射光旋转 ，电压 称为半波电 压。此时 纵向电光调制：光沿z轴传播，外加电场沿 z轴方向。 调制过程：入射光先经过一个平行于x方向的起 偏器，使光束沿x方向起振，这样射到晶体表面 的光就是沿x轴的线偏光，晶体电光效应折射率 主轴为 ， ，他们与x,y轴成 ，光经过长L 的晶体后有相位迟