相干光通信技术课件

信号处理单元
1 2 3
作用
信号处理单元负责对接收到的电信号进行解调、 解码和纠错等处理，提取出传输的信息。
特点
信号处理单元通常采用数字信号处理技术实现， 具有处理精度高、稳定性好、易于实现高速传输 等优点。
算法
常用的信号处理算法包括相位恢复算法、载波恢 复算法、判决反馈均衡器等，用于改善系统的性 能和传输距离。
面发射激光器）。
作用
光源负责产生相干光信号，其性能 直接影响系统的传输质量和距离。
特点
单频激光器具有输出光谱窄、线宽 小、相干性好的优点，适合于高速 长距离的相干光通信。
光调制器
01
02
03
类型
光调制器通常采用电光效 应或声光效应材料制成， 如LiNbO3或SiO2等。
作用
光调制器负责将电信号转 换为光信号，实现信息的 加载。
抗干扰能力
相干光通信具有较强的抗干扰能 力，能够更好地抵御噪声和干扰 的影响，确保信号传输的稳定性。
与无线通信的比较
传输媒介
相干光通信依赖于光纤作为传输 媒介，具有较低的传输损耗和较 小的信号干扰。无线通信则通过 空气传输，容易受到环境因素的 影响。
传输速率
相干光通信支持更高的传输速率， 能够满足大数据和多媒体传输的 需求。无线通信的传输速率相对 较低。
抗干扰能力强
相干光通信技术能够有效地 抑制光噪声和干扰，提高通
信系统的抗干扰能力。
传输容量大
相干光通信技术可以实 现多载波调制，从而大
幅度提高传输容量。
相干光通信技术的发展历程
01
02
03
04
20世纪60年代
相干光通信技术的概念被提出 。

主要特点
①灵敏度高：相干解调得到的信号幅度和本振光幅度成正比。由于本振光源的功率可比信号功率大得多，所 以得到的信号幅度将比直接检测时大很多。光检测量子噪声也被成比例地放大，由于光检测器和接收机热噪声幅 度维持不变，就极大地提高了接收信噪比，随之也提高了接收灵敏度。另外，采用频移键控或相移键控这些优良 的调制方式还可使灵敏度进一步提高。一般相干接收系统的接收灵敏度可以比常规光纤通信系统的高10～20dB； ②选择性好：常规光纤通信系统进行多路传输，必须用光学方法进行滤波。和无线电通信系统类似，在相干光通 信系统中本振光与信号光作用得到中频，而在中频可以使用电滤波器。由于电滤波比光学滤波的选择性高很多， 因此相干接收系统有者极好的选择性。这就可以充分利用石英光纤低损耗窗口，实现频分复用和高密度波分复用 的多信道传输。
谢谢观看
相干光光纤通信系统
光纤通信领域名词
01 简介
03 主要特点 05 关键技术
目录
02
相干光纤通信的基本 原理
04 基本构成
相干光光纤通信系统是在接收端使用一个本振光源对接收信号进行相干解调的一种新型的光纤通信系统。
简介
相干光是指在时间或空间的任意点，特别是在垂直于传播方向的平面上的一个区域内，或在空间的一个特定 点的所有时间上，所有参量皆可预测并相关的光。该系统的工作原理较常规光纤通信系统更加接近现代的无线电 通信系统。在相干光光纤通信系统中数字信号采用幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等调 制方式。
基本构成
相干光光纤通信系统的构成如图所示。发送端光波振荡器发出频率f0的光波，此光波在调制器中被电端机 （发送）的信号所调制，然后送入光纤。传输至接收端后，与接收端光波振荡器输出的频率为f0+△f的光波同时 送入混频器进行混频，得到频率为△f的中频输出。此中频经过中频放大与解调，即送入接收电端机，得到所需的 信号。

（2）由于在相干检测中，要求ωS-ωL 随时保持常数（ωIF或0）， 因而要求系统中所使用的光源具备非常高的频率稳定性、非常窄 的光谱宽度以及一定的频率调谐范围。
8
的相 基干 本光 原通 理信
技 术
9
8.1
图9-2 相干光通信系统结构图
（3）无论外差检测还是零差检测，其检测根据都来源于接收光信 号与本振光信号之间的干涉，因而在系统中，必须保持它们之间的 相位锁定，或者说具有一致的偏振方向。
差
通常PL Ps ，所以第一项可认为是直流常数，很容易被滤除，此 时外差信号由下面的交流项给出
检 测
Io( u t) t2 R P s( t)P Lco It F s ( s L ) （8.1.11）
与零差检测类似，因为该式中本振光PL的出现，接收到的光信号
被放大了，从而提高了SNR。然而，SNR的改进要比零差检测低两
信号电流为 Idd(t)RsP (t) ，由此可见，零差检测平均电信号功
率所比以直该接值检将测增的加信 几号 个功 数率 量增 级加 。虽4然PL散P粒S噪倍声。也既增然加，了通，常但P是S 零差PL，检
测仍可提高信噪比（SNR）许多倍。
14
8.2.2
测零 差 检
零差检测的缺点是它对相位的变化非常敏感。因为（8.1.3）式
中，最后一项ΦL包含本振光相位，很显然ΦL应被控制。理想情况下， 除强调相位， ΦL和ΦS应该保持常数。实际上， ΦL和ΦS随时间随机 摆动。不过，通过相位锁定环路，它们的差（ ΦS - ΦL ）几乎可以保 持恒定。然而，这种锁定环路的实现并不容易，所以使零差接收机的
设计相当复杂。此外，还要求信号光和本振光频率匹配，因此，对这
变得容易。
16

第9章 光纤通信新技术
9.2 光孤子通信技术
1. 光孤子通信的概念 孤子波是在1834年首次被观察到的。孤子波现象在水波、 电磁波等中都有可能存在，人们对这种现象进行了长期的研 究，在理论上给予了证明。1973年人们把孤子现象应用于通 信领域，1980年才通过实验观察到光纤中的孤子现象，光孤 子通信技术得到了空前的研究和发展，并逐渐实用化。光孤 子通信是一种很有发展前途的全光通信技术，是实现超大容 量超长距离传输的重要技术之一。
从光匹配器输出的已调光波进入单模光纤传输，光纤的 损耗、色散和偏振状态的变化等因素都会影响已调信号光波。 因此，在接收端光波首先进入光匹配器，它的主要作用是使 信号光波的空间分布和偏振方向与本振光波匹配，以便得到 最大的混频效率。
第9章 光纤通信新技术
已调信号光波和本振光波混频后，由光电二极管进行检 测，输出的中频信号在中频放大器中得到放大，然后再通过 适当的处理，即根据发射端调制形式进行解调，就可以获得 基带信号。
第9章 光纤通信新技术 2) 外调制器 超高速大容量的光通信，一般情况下都采用外调制技术。 这是因为外调制可以显著提高调制速度，可高达几十吉赫兹 每秒。另一个原因是外调制可避免光源直接调制时所产生的 啁啾。目前使用较多的是LiNbO 3光调制器。 3) 光放大器 目前使用较多的光放大器是EDFA，泵浦光源采用1.48 μm InGaAsP激光器，因为EDFA具有增益大、与光纤匹配好、 技术成熟、成本较低等优点。近年来，随着光纤喇曼放大器 的发展，在光孤子通信系统也逐渐获得应用。
图99-1-2中发射机是由光载波激光器、调制器和光匹配 器组成。光载波调制器后，输出的已调光波进入光匹配器。 光匹配器有两个作用，一是为了获得最大的发射效率，使已 调光波的空间分布和光纤中HE 11模之间有最好的匹配； 二是保证已调光波的偏振状态和单模光纤的本征偏振状态相 匹配。

（10.1.7）
在外差检测方式中也可以通过增大本振光功率的方式增加接 收灵敏度。外差检测相干光通信不要求本振光与信号光之间的 相位锁定，并允许本振光和信号光之间存在频差。
10.1.2 调制与解调
相干光通信中采用的调制方法有3种：幅移键控ASK（Amplitude Shift Key）、 频移键控FSK（Frequency Shift Key）和相移键控PSK（Phase Shift Key）。 1、幅移键控（ASK） 光载波的频率和相位为常数，用数字信号去调制光载波的幅度，称为幅移键 控ASK。 ASK相干通信系统必须采用外调制器来实现，这样只有输出光信号的幅度随基 带信号而变化，而相位保持不变。如果采用直接光强调制，幅度变化将引起相位变 化。 2、频移键控（FSK） 光载波的相位和幅度为常数，用数字信号去调制光载波的频率，称为频移键 控FSK。对应二进制调制信号，传输“0”码和传输“1”码时，分别用不同的频率表示。 3、相移键控（PSK） 光载波的幅度和频率为常数，用数字信号去调制光载波的相位，称为相移键 控PSK。传输“0”码和传输“1”码时，分别用两个不同相位（通常相差π）表示。利 用量子阱半导体相位外调制器或LiNbO3相位调制器实现PSK调制这种调制器只要选择 适当的脉冲电压，就可以使相位改变π。但是在接收端光波相位必须非常稳定，因此 对发射和本振激光器的谱宽要求非常苛刻。
10.1.1 相干检测原理
相干光通信系统的基本框图如图10.1.1所示。在发送端， 采用直接调制或外调制方式将信号以调幅、调相或调频的方 式调制到光载波上，送入光纤中传输。在接收端，首先与一 本振光信号（通过耦合器）进行相干混合，然后由检测器进 行检测。其中，偏振控制器用于调节信号光与本振光间的偏 振态匹配。图10.1.2解释了相干检测原理。光接收机接收的 信号光和本地振荡器产生的本振光经混频后，由光检测器检 测，经处理后，以基带信号的形式输出。

40
1
100
1.55
1500
40
140
243
350
40
4
160
261
20
1
200
1.55
270
20
400
260
45
20
1.55
1000
10
相干光通信的特点
• （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 • （2）若在系统中周期性加入EDFA，即可实现长距离传输，适合于干线网
使用。 • （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现
比特误码率（BER） 每比特光子数 Np
1 erfc( 2
NP / 4)
Hale Waihona Puke 721 erfc( 2NP / 2)
36
1 erfc( 2
NP )
18
1 erfc( 2
2NP )
9
1 erfc( 2
NP / 2)
36
1 erfc(NP)
20
2
长比特流时每比特光 子数 Np
36
18
18
9
36
10
外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地 接衡庐 。襟三 江而带 五湖， 控蛮荆 而引瓯 越。物 华天宝 ，龙光 射牛斗 之墟； 人杰地 灵，徐 孺下陈 蕃之榻 。雄州 雾列， 俊采星 驰。台 隍枕夷 夏之交 ，宾主 尽东南 之美。 都督阎 公之雅 望，棨 戟遥 临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十 旬休假 ，胜友 如云； 千里逢 迎，高 朋满座 。腾蛟 起凤， 孟学士 之词宗 ；紫电 青霜， 王将军 之武库 。家君 作宰， 路出名 区；童 子何知 ，躬逢 胜饯。 时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭 清，烟 光凝而 暮山紫 。俨骖 騑于上 路，访 风景于 崇阿； 临帝子 之长洲 ，得天 人之旧 馆。层 峦耸翠 ，上出 重霄； 飞阁流 丹，下 临无地 。鹤汀 凫渚， 穷岛屿 之萦回 ；桂殿 兰宫， 即冈峦 之体势 。 披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川 泽纡其 骇瞩。 闾阎扑 地，钟 鸣鼎食 之家； 舸舰迷 津，青 雀黄龙 之舳。 云销雨 霁，彩 彻区明 。落霞 与孤鹜 齐飞， 秋水共 长天一 色。渔 舟唱晚 ，响穷 彭蠡之 滨；雁 阵惊寒 ，声断 衡阳之 浦。 遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风 生，纤 歌凝而 白云遏 。睢园 绿竹， 气凌彭 泽之樽 ；邺水 朱华， 光照临 川之笔 。四美 具，二 难并。 穷睇眄 于中天 ，极娱 游于暇 日。天 高地迥 ，觉宇 宙之无 穷；兴 尽悲来 ，识盈 虚之有 数。望 长安 于日下，目吴会于云间。地势极而南 溟深， 天柱高 而北辰 远。关 山难越 ，谁悲 失路之 人？萍 水相逢 ，尽是 他乡之 客。怀 帝阍而 不见， 奉宣室 以何年 ？ 嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易 老，李 广难封 。屈贾 谊于长 沙，非 无圣主 ；窜梁 鸿于海 曲，岂 乏明时 ？所赖 君子见 机，达 人知命 。老当 益壮， 宁移白 首之心 ？穷且 益坚， 不坠青 云之志 。酌贪 泉而觉 爽，处 涸辙以 犹欢。 北海 虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非 晚。孟 尝高洁 ，空余 报国之 情；阮 籍猖狂 ，岂效 穷途之 哭！ 勃，三尺微命，一介书生。无路请缨 ，等终 军之弱 冠；有 怀投笔 ，慕宗 悫之长 风。舍 簪笏于 百龄， 奉晨昏 于万里 。非谢 家之宝 树，接 孟氏之 芳邻。 他日趋 庭，叨 陪鲤对 ；今兹 捧袂， 喜托龙 门。杨 意不逢 ，抚凌 云而自 惜；钟 期既 遇，奏流水以何惭？ 呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已 矣，梓 泽丘墟 。临别 赠言， 幸承恩 于伟饯 ；登高 作赋， 是所望 于群公 。敢竭 鄙怀， 恭疏短 引；一 言均赋 ，四韵 俱成。 请洒潘 江，各 倾陆海 云尔： 滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。 画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。 闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。 阁中帝子今何在？槛外长江空自流。

I (t) RP(t) 2RKEs0EL0 cos(IFt s L )
可以发现，检测器的输出电流不仅与被测信号强度或功率有关， 亦即不仅可用光信号的强度传递信息，还与光载波的相位或频 率有关，因而有可能通过调制光载波的相位或频率来传递信息， 而在直接检测技术中不允许进行相位或频率调制，所有有关信 号相位和频率的信息都丢失了。
(2) 声光调制器。这是一种声表面波波导，结构简单， 但产生的频移量在 1GHz
(3) 半导体激光器内调制。这是一种直接调制方法。
3 解调方案
零差检测
外差检测
异步解调 同步解调
零差检测可将光信号直接解调至基带，但实现 困难，要求本振频率与光信号频率精确相等， 本振相位与达到信号锁定，这种解调方案称为 同步解调。
（3）零差检测
L s
这时光电流
IF 0
称为零差检测
I (t) RP(t) 2RKEs0EL0 cos(IFt s L )
2KREs0EL0 cos(s L )
也可以写为
I (t) R PsPL cos(s L )
如果 L s I (t) R Ps PL
■ 零差检测的优点是检测灵敏度高 ■ 缺点是对相位的敏感性高
双相零差分集接收机
两相接收机中的两个支路接收信号相位差为90°，I 支路为同相信道，Q支路 为正交信道，很像柯斯塔斯环，但没有OPLL，每个支路中的信号处理可用于 恢复ASK、FSK或DPSK调制信号。在某一相位条件下，当一个支路中的信号 接近零时，另一个支路则有信号，而总输出就是调制信号。由于信号光与本振 光都要分成两部分，在散粒噪声限制下，对两相接收，灵敏度将比 OPLL 接收 机低 3dB。对三相接收，则要低 4.8dB。
马赫—曾德LiNbO3光波导调制器

相干光通信的应用场景
长距离通信
相干光通信系统具有较高的接收灵敏度和选择性，能够实现长距离 的光信号传输，适用于跨洋光缆通信等长距离通信场景。
高速数据传输
相干光通信系统能够支持高速数据传输，如40Gbps、100Gbps甚 至更高速率的传输，适用于数据中心、云计算等高速数据传输场景 。
复杂环境下的通信
可靠性
可靠性是指相干光通信系统在正常工作过程中出现故障的概率。为了提高可靠性，系统需要具备故障检测和恢复 能力，同时需要采用高可靠性的设备和部件。
04
相干光通信系统的优势与挑战
优势分析
高传输速率
相干光通信系统采用相位和频 率调制，可以实现更高的数据 传输速率，满足高速通信需求
。
长距离传输
相干光通信系统具有较低的噪 声和较大的动态范围，可以实 现更长距离的信号传输。
相检测技术
相干检测原理
利用光信号的相位和频率信息进行检测，能够获取更高的灵敏度 和分辨率。
相干检测的优势
相比传统的直接检测技术，相干检测技术具有更高的接收灵敏度 和更强的抗干扰能力。
相干检测的实现方式
包括平衡接收、差分接收和单端接收等几种方式。
数字信号处理技术
1 2
数字信号处理技术的原理
利用数字信号处理算法对接收到的信号进行处理 和分析，以改善信号质量、纠正误码和优化传输 性能。
随着技术的不断发展， 相干光通信系统的集成 化和小型化程度将进一 步提高，便于携带和部 署。
高效能调制格式
研究更高效能、更高速 率的调制格式，以提高 相干光通信系统的传输 性能。
智能化与自动化
通过引入人工智能和自 动化技术，实现相干光 通信系统的智能化和自 动化管理，提高系统的 稳定性和可靠性。

脊髓的传导功能
以成人排尿反射为例来说明： 当尿液在膀胱内积存到一定量时，便会刺激膀胱壁上
的感受器，使感受器产生神经冲动，神经冲动经过传入 神经传到脊髓的排尿中枢；同时，也有神经冲动经过神 经纤维向上传到大脑，使人产生尿意。在适宜的环境下， 由大脑发出神经冲动经过神经纤维传到脊髓的排尿中枢， 神经冲动再沿着传出神经传到膀胱，引起排尿反射。如 果环境不适宜，大脑就暂时抑制脊髓中的排尿中枢而不 排尿。
信号光 ωs
信号光 ωs
混频器
ωL
本地光 震荡器
光检测器
带通
载波 恢复
(a)外差同步解调接收机方框图 混频器
ωL
本地光 震荡器
光检测器
带通
包络 检波
(b)外差异步解调接收机方框图
低通 基带信号
低通 基带信号
同步相干接收机量子极限灵敏度
调制方式 ASK ASK PSK PSK FSK FSK
解调方式 外差 零差 外差 零差 外差 零差
40
1
100
1.55
1500
40
140
243
350
40
4
160
261
20
1
200
1.55
270
20
400
260
45
20
1.55
1000
10
相干光通信的特点
• （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 • （2）若
使用。 • （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现
调制方 式
光源
ASK 1.55 μm DBF DBR
FSK DPSK IM/DD

arctg
cos
uI (t 2V
)
cos
uQ (t 2V
)
3.QPSK信号
在发射机中，基带信号经过串并转化后得到I、Q两 路速率减半的二电平信号，分别通过MZM调制器， 得到两路BPSK信号，其中一路信号经过90°相移后 与另一路相加，得到QPSK调制的4个相位状态。 QPSK调制的实质是输入的码对（00、01、10、11） 对光载波做相移，最后得到相位分别为π /4、3 π /4、 5 π /4、7 π /4的光载波。
相干光检测原理输入 光信号源自混频 器光检 测器
电信 号处理
输出电信号
本振 光
信号光的光场
Es (t) As (t) exp j st s (t)
本振光的光场
Elo (t) Alo (t) exp j lot lo
信号光和本振光混合后的输出光功率
P（t) K Es Elo 2
Ps Plo 2 Ps Plo cos[IFt (s lo ) (t)]
I
(t)
uI (t) V
Q
(t
)
uQ (t V
)
Eout (t)
1 2
Ein (t)
cos
uI (t) 2V
j
cos
uQ (t) 2V
IQ调制器幅度
aIQ (t)
Eout (t) Ein (t)
1 2
cos
2
uI (t 2V
)
cos
2
uQ (t 2V
)
IQ调制器相位
IQ
(t
)
QPSK 1 QPSK 2 QPSK 3
衰减 器1 衰减 器2
n×1 耦 合 器

同样，本振光的光场可以写成
EL=ALexp［-i(ωLt+φL)］
(7.27)
式中, AL为本振光的幅度、ωL为本振光的频率φL为本振光的 相位。
保持信号光的偏振方向不变，控制本振光的偏振方向， 使之与信号光的偏振方向相同。
本振光的中心角频率ωL应满足 ωL=ωS-ωIF或ωL=ωS+ωIF
(7.28)
在式(7.36)中，[(ωS±ω)t+φS]和[ωSt+(φS± ωt)]是等效 的， 因此FSK可以认为一种PSK， 只是技术上有所不同。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
相干检测的解调方式有两种： 同步解调、异步解调。 零差检测时，光信号直接被解调为基带信号，要求本振 光的频率和信号光的频率完全相同，本振光的相位要锁定在 信号光的相位上，因而要采用同步解调。同步解调虽然在概 念上很简单， 但是技术上却很复杂。 外差检测时，不要求本振光和信号光的频率相同，也不 要求相位匹配，可以采用同步解调，也可以采用异步解调。 同步解调要求恢复中频ωIF(微波频率)，因而要求一种电锁相 环路。 异步解调简化了接收机设计， 技术上容易实现。
当消光比大于20时，该调制器的调制带宽可达20 GHz。
光波导
电光晶体
输入光
输出光
信号电压
电极
图 3.37 马赫 - 曾德尔干涉仪型调制器
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2. 相移键控(PSK)
基带信号只控制光载波的相位变化，称为相移键控(PSK)。 PSK的光场表达式为：

除了以上关键技术外，对于本振光和信号光之间产生的相位漂移，在接收端还可采用相位分集接收技术以消 除相位噪声；为了减小本振光的相对强度噪声对系统的影响，可以采用双路平衡接收技术；零差检测中为保证本 振光与信号光同步而采用的光锁相环技术，以及用于本振频率稳定的AFC等。
40G&100G系统
100G相干光传输系统组成示意图40G相干光传输系统组成示意图40G/100G相干光传输系统的组成如图所示。
主要优点
选择性好，通信容 量大
灵敏度高，中继距 离长
具有多种调制方式
相干光通信相干光通信的一个最主要的优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。在相同的条件下，相干接收 机比普通接收机提高灵敏度约20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距 离。
相干光通信的另一个主要优点是可以提高接收机的选择性。在直接探测中,接收波段较大，为抑制噪声的干扰， 探测器前通常需要放置窄带滤光片,但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光， 因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探 测有良好的滤波性能，这在星间光通信的应用中会发挥重大作用。此外，由于相干探测优良的波长选择性，相干 接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，即密集波分复用（DWDM），取代传统光复用技术的大频率间隔， 具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。
在发送端，就像为方便货物运输时，需要将货物放到集装箱，客户侧40 G/100 G信号也需要装到OTU3/OTU4 信号“集装箱”。OTU3/OTU4其实就是大小不一样的信号集装箱，其中OTU3可以装40 G的信号，OTU4可以装100 G的信号。激光器发出的激光被偏振分光器分成X、Y两个垂直方向的偏振光。

激
En
发
态
基态 原子能级及发光跃迁
第十一章 光学
7
物理学
第五版
11-1 相干光
1
2
P
普通光源发光特点： 原子发光是断续 的，每次发光形成一个短短的波列, 各原 子各次发光相互独立，各波列互不相干.从 同一波列中提取的子波列是相干的。
第十一章 光学
8
物理学
第五版
2 相干光的产生
振幅分割法
11-1 相干光 波阵面分割法
s1
光源 *
s2
第十一章 光学
9
仅在于它们的频率和波长不同：
名称 γ射线 X 射线 紫外线 可见光线 红外线 亚毫米波 微波 超短波 短波 中波 长波 超长波
波长范围 10-4nm~0.01nm 0.01nm~10nm 10nm~0.4μm 0.4μm~0.8μm
0.8μm~1mm 0.1mm~1mm
1mm~1m 1~10m
10~100m 0.1~1km 1~10km 10~100km
物理学
第五版
11-1 相干光
一 光是一种电磁波
平面电磁波方程
E
E0
c os (t
r u
)
H
H0
c os (t
r) u
光矢量 E 矢量能引起人眼视觉和底片
感光，叫做光矢量.
1 真空中的光速 c
00
第十一章 光学
1
物理学
第五版
电磁场基本规律
11-电1 磁相波干光
1. 自由空间中的电磁波
根据真空中Maxwell 方
第五版
电磁场基本规律
电磁波谱
11-电1 磁相波干光

普通光源发光特点：偶然性、间歇性
单色光：频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）光波。
,
I
任何光源所发射的光都不是单色光 I0
谱线宽度
I0/2
波列越长，谱线宽度越窄， 光的产生 振幅分割法
一 相干光简介
• 光波是一种电磁波
平面电磁波方程
E
E0
cos
(t
r u
)
H
H0
cos (t
r) u
• 其中能引起人眼视觉和底片感光的是E，故通
常把E叫做光矢量
可见光的范围
: 400~ 760nm : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
• 若两束光的光矢量满足相干条件，则它们是相
干光，相应的光源叫相干光源
为什么两个发光频率相同的钠光灯，在它们都 能照到的区域，观察不到明暗相间的条纹？
二 相干光
1）普通光源的发光机制-----原子发光模型
原子在激发态上 10-11~10-8 s
原子量子跃迁持续 发光 10-8 s 。
波列长度为0.03~3m。
激 发 态
跃迁 基态
En
自发辐射
1
原子能级及发光跃迁
2
P
E h