磁光调制和直接调制
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实验七 磁光调制实验一、 实验背景介绍(一)概述磁光调制是利用某些晶体的磁光效应,对光信号进行调制,使光信号的幅度随着调制信号的变化而变化,实现把调制信号加载到光信号上。
磁光调制在光电检测,光通讯,光显示等领域有着广泛的应用。
(二)磁光效应原理 磁光效应置于外磁场中的物体,在光与外磁场作用下,其光学特性(如吸光特性,折射率等)发生变化的现象。
法拉第效应 1845年由M.法拉第发现。
当线偏振光(见光的偏振)在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度θ与磁感应强度B 和光穿越介质的长度l 的乘积成正比,即V B L θ=⋅⋅,比例系数V 称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。
偏转方向取决于介质性质和磁场方向。
2 直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的表面时,偏振光的光强I 可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光I L 和右旋圆偏振光I R ,对应的电矢量为E L 和E R ,两者旋转方向相反。
在磁场作用下,处于磁场中的介质呈现各向异性,由于介质对两者具有不同的折射率n L 和n R ,E L 的传播速度与E R 不同,当它们穿过厚度为L 的介质后会产生相位差,E L 与E R 旋转角度为θL 与θR ,合成电矢量则旋转一个角度θ。
2L L n L πθλ= y=Acos(wt+θ) 初相位的改变 2R R n L πθλ=因θθθθ+=-R L1()()()22L R L R R L Ln n L n n cπωθθθλ=-=-=- (2)其中n R 为在磁场作用下,右旋圆偏振光通过介质的折射率,n L 为左旋圆偏振光通过介质的折射率,c 为真空中的光速。
如折射率差()R L n n -正比于磁场强度B ,即可得(1)式,并由θ值与测得的B 与L 求出维尔德常数V图2 入射光偏振面的旋转运动3 交流磁光调制二、磁光调制实验(一)实验要求1、了解磁光调制实验的原理和方法2、了解磁光调制器用于光通讯的基本原理3、掌握磁光调制器的主要参数的测试方法 (二)实验内容1、测定旋光角与激励电流的关系2、出来晶体的半波电压和工作电压3、观察输出光强极小时,产生的倍频信号4、电光调制实现光通讯演示5、测试电光晶体的消光比和透射率 (三)实验步骤1、实验前的准备(1)按图组成实验系统,首先在光具座上放置好激光器和电接受器(2)设置实验仪(3)光路校准(4)插入起偏器,调节起偏器的高度和转角,使激光束垂直入射镜面,旋转起偏器,使透射光强最大。
磁光调制实验报告课程:_____光电子实验_____**::专业:信息工程大学工程管理学院磁光调制实验报告一、实验目的1 观察磁光调制现象2 测量调制深度与调制角幅度3测定旋光角与外加磁场的关系4 测量直流磁场对磁光介质的影响5 磁光调制与光通讯实验演示二、实验原理1 磁光效应当平面偏振光穿透*种介质时,假设在沿平行于光的传播方向施加一磁场,光波的偏振面会发生旋转,实验说明其旋转角θ正比于外加的磁场强度B,这种现象称为法拉第〔Faraday〕效应,也称磁致旋光效应,简称磁光效应,即:θ (1)=vlB式中l为光波在介质中的路径,ν为表征磁致旋光效应特征的比例系数,称为维尔德〔Verdet〕常数。
由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍,而与光的传播方向无关,利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏转等功能性磁光器件,其中磁光调制为其最典型的一种。
图1 磁光效应示意图如图1所示,在磁光介质的外围加一个励磁线圈就构成根本的磁光调制器件。
2 直流磁光调制当线偏振光平行于外磁场入射磁光介质的外表时,偏振光的光强I可以分解成如图2所示的左旋圆偏振光I L和右旋圆偏振光I R〔两者旋转方向相反〕。
由于介质对两者具有不同的折射率n L和n R,当它们穿过厚度为l的介质后分别产生不同的相位差,表达在角位移上有:式中λ为光波波长 因θθθθ+=-R L()()l n n R L R L ⨯-=-=λπθθθ221( 2 ) 如折射率差()R L n n -正比于磁场强度B ,即可得〔1〕式,并由θ值与测得的B 与l 求出威德尔常数υ。
3 交流磁光调制用一交流电信号对励磁线圈进展鼓励,使其对介质产生一交变磁场,就组成了交流〔信号〕磁光调制器〔此时的励磁线圈称为调制线圈〕,在线圈未通电流并且不计光损耗的情况下,设起偏器P 的线偏振光振幅为A 0,则A 0可分解为A 0 cos α及A 0 sin α两垂直分量,其中只有平行于P 平面的A 0 cos α分量才能通过检偏器,故有输出光强αα2020cos )cos (I A I ==〔马吕斯定律〕其中200A I =为其振幅。
光调制光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上,完成这一过程的器件称为调制器。
调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化,这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。
承载信息的调制光波在光纤中传输,再由光探测器系统解调,然后检测出所需要的信息。
光调制技术已广泛应用于光通信、测距、光学信息处理、光存储和显示等方面。
一、光调制的方法(1)直接调制法:外加信号直接控制激光器的泵浦源,如控制半导体激光器的注入电流,从而使激光的某些参量得到调制。
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。
a 、半导体激光器(LD )直接调制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,会影响或破坏器件的正常工作。
b 、半导体发光二极管(LED )的调制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,LED 的P -I 特性曲线的线性比较好。
c 、半导体光源的模拟调制无论是使用 LD 或LED 作光源,其调制线性好坏与调制深度m 有关:偏置电流调制电流幅度阈值电流偏置电流调制电流幅度=-=m m :L E D :LD d 、半导体光源的脉冲编码数字调制数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”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,即先将连续的模拟信号通过“抽样”变成一组调幅的脉冲序列,再经过“量化”和“编码”过程,形成一组等幅度、等宽度的矩形脉冲作为“码元”,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对光源进行强度调制。
(2)腔内调制:腔内调制是通过改变激光器的参数如增益、谐振腔Q 值或光程等实现的,主要用于Q开关、腔测空、锁模等技术。
腔内调制又分为被动式与主动式两类。
①被动调制这种调制利用某些吸收波长与激光波长一致的可饱和吸收体(如染料)的非线性吸收特性。
电子技术基础知识练习题与答案电子技术基础知识练习题与答案电子技术是根据电子学的原理,运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学,包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
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一、基础知识。
1.按照调制方式分类,光调制可以分为:强度调制、相位调制、波长调制、频率调制、偏振调制。
2.半导体激光器发光是由能带之间的电子空穴对复合产生的。
3.激励过程是使半导体中的载流子过程从平衡态激发到非平衡态。
4.固体激光器是以固体为工作物质的激光器,也就是以掺杂的离子型绝缘晶体和玻璃为工作物质。
5.光纤传感器中常用的光电探测器:光电二极管、光电倍增管、光敏电阻。
6.红外探测器的响应波长范围参数指探测器电压响应率与入射的红外波长之间的关系。
7.光子探测原理是指利用半导体在入射光的照射下产生光子效应。
8.利用温差电势制成的红外探测器称为热电偶。
9.红外辐射在大气中传播时由于大气中水分子、蒸汽等吸收和散射使辐射在传播过程中衰减。
10.当红外辐射照在热敏电阻上时,使温度上升,内部粒子无规则运动加剧,自由电子数随温度而上升,所以电阻会减小。
11.辐射出射度:辐射体单位面积向半空间发出的辐射通量。
12.光电磁是利用光生伏特效应将光能变成电能。
13.任何物质只要温度高于0K就会向外辐射能量。
14.红外无损检测是通过测量热流或热量来检测。
15.内光电探测器可分为光电导、光伏特、光电磁三种探测器。
16.红外探测器的性能参数:电压响应率、噪声等效功率、时间常数。
17.光束扫描根据其应用的目的可分为模拟扫描和数字扫描。
模拟扫描用于显示,数字扫描用于光存储。
18.固体摄像器件主要有:CCD、CMOS、CID。
19.声光相互作用分为:拉曼—纳斯衍射和布喇格衍射。
20.磁光效应:外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。
D的基本功能:电荷存储、电荷转移。
按结构分为线阵CCD和面阵CCD。
光源调制原理第四节光源调制原理要实现光纤通信,⾸先要解决如何将光信号加载到光源的发射光束上,即需要进⾏光调制。
调制后的光波经过光纤信道送⾄接收端,由光接收机鉴别出它的变化再现出原来的信息,这个过程称为光解调。
调制和解调适光纤通信系统的重要内容。
光源的两种调制⽅式*************************************************************************根据调制与光源的关系,光调制可分为直接调制和间接调制两⼤类。
⽅法仅适⽤于半导体光源(LD和LED),这种⽅法是把要传送的信息转变为电流信号注⼊LD或LED,从⽽获得相应的光信号,所以是采⽤电源调制⽅法。
直接调制后的光波电场振幅的平⽅⽐例与调制信号,使⼀种光强度调制(IM)的⽅法。
直接调制间接调制:是利⽤晶体电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制,这种调制⽅式既适⽤于半导体激光器,也适应于其他类型的激光器。
间接调制最常⽤的是外调制的⽅法,即在激光形成以后加载调制信号。
其具体⽅法是在激光器谐振腔外的光路上放置调制器,在调制器上加电压,使调制器的某些物理特性发⽣相应的变化,当激光器通过它时,得到调制。
对某些类型的激光器,间接调制也可以采⽤内调制的⽅法,即⽤集成光学的⽅法把激光器和调制器集成在⼀起,⽤调制信号控制调制元件的物理性质,从⽽改变激光输出特性以实现其调制。
间接调制光源的直接调制原理***************************************************************************直接调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。
模拟信号调制就是将连续变化的模拟信号(如话⾳、视频等)叠加在直流偏置的⼯作点上对光源进⾏调制。
(a)LED模拟调制(b)LD模拟调制数字调制属于脉冲调制,即调制电流为⼆进制脉冲形式,利⽤输出光功率的有(“1”码)、⽆(“0”码)状态来传递信息。