光调制器原理及设计
姓名：张歆怡
学号：20111101209
班级：物理1102
一、光调制器的原理
光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark 效应、载流子色散效应等。其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用最为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中,光调制器被用于控制光的强度,其作用是非常重要的。光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括“去背景信号、去噪声、抗干扰”在内的形式变换，从而使之便于处理、传输和检测。根据将信息加载到光波上的位置，可将调制类型分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱动电源；另一类是直接对广播进行调制。前者主要用于光通讯，后者主要用于光传感。简称为：内调制和外调制。根据调制方式，调制类型又有：1强度调制；2相位调制；3偏振调制；4频率和波长调制。
1.1强度调制
光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。
1.2相位调制
利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。
光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。
由于光探测器一般都不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分：一是产生光波相位变化的物理机理；二是光的干涉。
1.3偏振调制
利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为
I=I0cos2α
其中：I0表示两偏振器主平面一致时所通过的光强；α表示两偏振器主平面间的夹角。
1.4频率和波长调制
利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。
二、光调制器的设计
根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力
电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的IGBT管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。
2.1.1主电路基本电路图
主电路基本电路图如图3.1所示
图3.1主电路基本电路图
直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i o按指数曲线上升。
2.1.2主电路电流电压分析
直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控
制电路和
驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压
u=E，负载电流0i按指数曲线上升。电路
工作时波形图如图3.2所示
图3.2主电路电压电流波形图
当t=t1时刻，控制IGBT关断，负载电流经二极管V d续流，负载电压
u近似为零，负载电流指数曲线下降。为了使负载电流
连续且脉动小，故串联L值较大的电感。
至一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为
U0＝t1E/T=t1E/（t1+t2）αE
t on为IGBT处于通态的时间；t off为处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。
通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值U0最大为E，若减小占空比α，则U0随之减小。由此可知，输出到负载的电压平均值Uo 最大为Ui，若减小占空比α，则Uo 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路[7]。
2.2控制电路模块设计
控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。
2.2.1斩波电路控制方式：
斩波电路有三种控制方式：
a. 保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型；
b. 保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型；
c.导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型[8]。
因为斩波电路有这三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制。
对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制[9]。因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。
2.2.2 SG3525原理及功能
控制电路是以SG3525 为核心构成,SG3525 为美国Silicon General 公司生产的，它集成了PWM 控制电路,采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源,锯齿波振荡器,误差放大器,比较器,分频器和保护电路等.调节Ur 的大小,在11,14两端可输出两个幅度相等,频率相等,相位相差, 占空比可调的矩形波(即PWM信号).然后，将脉冲信号送往芯片HL402，对微信号进行升压处理，再把经过处理的电平信号送往IGBT，对其触发，以满足主电路的要求[10]。其内部电路
结构下图所示。
SG3525内部结构图
2.2.3SG3525内部结构简介
a. 基准电压调整器
基准电压调整器是输出为5.1V，50mA，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V时，可把15、16脚短接，这时5V电压调整器不起作用。
b. 振荡器
3525A的振荡器，除CT、RT端外，增加了放电7、同步端3。RT阻值决定了内部恒流值对CT充电，CT的放电则由5、7端之间外接的电阻值RD决定。把充电和放电回路分开，有利于通过RD来调节死区的时间，因此是重大改进。在3525A中增加了同步端3专为外同步用，为多个3525A的联用提供了方便。同步脉冲的频率应比振荡频率fs要低一些。
c. 误差放大器
误差放大器是差动输入的放大器。它的增益标称值为80dB，其大小由反馈或输出负载决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。该放大器共模输入电压范围在1.8~3.4V，需要将基准电压分压送至误差放大器1脚（正电压输出）或2脚（负电阻输出）。
3524的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端，3525A改为增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样避免了彼此相互影响。有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。
d. 闭锁控制端10
利用外部电路控制10脚电位，当10脚有高电平时，可关闭误差放大器的输出，因此，可作为软起动和过电压保护等。
e. PWM锁存器
比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM锁存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。
另外，由于PWM锁存器对比较器来的置位信号锁存，将误差放大器上的噪音、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于可靠性提高。
f. 增设欠压锁定电路
电路主要作用是当IC块输入电压小于8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约2mA）。
g. 输出级
由两个中功率NPN管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出100mA。组间是相互隔离的。电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状态中。为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更快。
11端（或14端）的拉电流和灌电流，达100mA。在状态转换中，由于存在开闭滞后，使流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，其持续时间约100ns。使用时VC接一个0.1μf电容可以滤去尖峰。
另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到50mA以上时，管饱和压降较高（约1V）[11]。
2.2.4 SG3525芯片引脚
SG3525是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等，其引脚图如图3.4所示
图3.4 SG3525芯片引脚图
SG3525A系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源
的控制性能和使用较少的外部零件。在芯片上的5.1V基准电压调定在±1％，误差放大器有一个输入共模电压范围。它包括基准电压，这样就不需要外接的分压电阻器了。一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统时钟同步。在CT和放电脚之间用单个电阻器连接即可对死区时间进行大范围的编程。在这些器件内部还有软起动电路，它只需要一个外部的定时电容器，一只断路脚同时控制软起动电路和输出级[12]。只要用脉冲关断，通过PWM （脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。当VCC低于标称值时欠电压锁定禁止输出和改变软起动电容器。输出级是推挽式的可以提供超过200mA的源和漏电流。SG3525A系列的NOR（或非）逻辑在断开状态时输出为低。
三、结语
在写这一次论文的过程中，通过查找资料，自己总结、学习，对光调制器有了更多的一些认识和看法，对今后的学习生活和工作，都有一些启示，让知识不仅仅是知识，更多的能够在生活中运用，让死的知识活起来。
?激光元件与器件? 基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换 范君柳1,冯秀舟2,方建兴2,朱爱敏1 1.苏州科技学院数理学院物理实验中心,苏州 215009; 2.苏州大学物理科学与技术学院,苏州 215006 提要:本文介绍了一种基于液晶空间光调制器(LCS LM )相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光 调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S 算法为基础计算出衍射光学元件(DOE )的表面相位分布;将DOE 表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCS LM 上,使得LCS LM 具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。 关键词:液晶空间光调制器;相位调制;波面转换中图分类号:O439,O436.1,O438 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2009)06-0007-02 Conversion of w ave front based on phase modulation of liquid crystal spatial light modulator FAN Jun -liu 1,FE NG X iu -zhou 2,FANGJian -xing 2,ZHU Ai -m in 1 1.Center of Physics Laboratory ,School of M athematical and Physical Sciences ,University of Science and T echnology of Suzhou ,Suzhou 215009,China ; 2.School of Physical Science and T echnology ,S oochow University ,Suzhou 215006,China Abstract :A method of wave -front conversion based on phase m odulation of liquid crystal spatial light m odulator (LCS LM )is proposed.W e obtain the rela 2tion between phase and scale through measuring the phase -m odulation characteristics of LCS LM.Phase distribution of diffractive optical element ’s (DOE )are calculated using geometrical theory and G-S alg orithm ,the LCS LM is capable of wave -front conversion by changing phase distribution into gray distribution which is displayed on LCS LM.Experiments of G auss beam ’s wave -front conversion prove the accuracy and feasibility of the design method. K ey w ords :liquid crystal spatial light m odulator ;phase m odulation ;wave -front conversion 收稿日期:2009-08-13 基金项目:苏州科技学院教学质量工程建设项目(2008YK A -03)资助。 作者简介:范君柳(1983-),男,助理实验师,主要从事信息光学和衍射光学的研究。 在激光技术的许多应用领域中,光束质量至关重要。例 如在激光加工、光学信息处理、存储与记录以及惯性约束核聚变(ICF )中往往需要使用形状各异甚至大小可变的激光光斑,而经常使用的单模激光光束的横截面上光强呈高斯分布,因此在实际应用中,根据不同的要求,人们常常需要将激光束波面进行转换,以达到改变激光束强度分布的目的。 目前主要有这样几种典型的光束波面变换方法:光楔列 阵(SW A )聚焦光学系统〔1〕、双折射透镜组〔2〕 、随机相位板及 二元光学元件(BOE )〔3〕 等方法。其中二元光学元件对入射光进行波面变换具有衍射效率高,光斑轮廓可调等优点,但是其质量水平受微精细加工技术发展水平的制约,且它的激光损伤阈值较低,在强激光系统的应用上还有困难。在本文中我们提出利用液晶空间光调制器(LCS LM )的相位调制特性〔4-8〕结合几何理论〔9,10〕和G-S 算法〔11,12〕实现对入射激光的波面变换,得到了预期的实验结果,该方法不仅成本、功耗低,尺寸小,重量轻,而且具有更大的设计自由度,通过算法的改变可以将入射光变换成任意波面。 1 理论分析 1.1 波面转换理论 波面转换通常需要衍射光学器件(Diffraction Optical E le 2ment -DOE )来实现,为了达到目标光强分布,需要设计器件表面的相位分布。而该设计过程是一个逆向过程,即已知输入光强分布和输出光强分布,来求解DOE 的相位分布,在这里我们主要利用几何理论和G-S (G erchberg -Saxton )算法来计算DOE 表面的相位分布。 我们首先运用这两种算法分别计算出DOE 的表面相位分布,然后在计算机上模拟入射高斯光经过具有如此表面相位分布的DOE 后的衍射结果(见图1)。其中图1(b )为运用几何理论将入射高斯光的波面转换成正方框形光束,图1(c )为运用G-S 算法将入射高斯光转换成椭圆光。模拟过程中,主要参数选取为:波长λ=532nm ,DOE 所在处光腰半径ω(z )=3.0mm ,DOE 衍射焦距选取为f =250mm ,物面与像面抽样点数均为800×800。1.2 LCS LM 的相位调制特性 对于由扭曲向列型液晶构成的液晶空间光调制器(Liq 2uid Crystal S patial Light M odulator -LCS LM )(结构如图2),运用 琼斯矩阵方法〔13〕 可得 T =cos γ〔cos (Ψ1-Ψ2+α)〕+αγ sin γ×sin (Ψ1-Ψ2+α)2 + β γsin γcos (Ψ1+Ψ2- α)(1)图1 计算模拟结果 图2 液晶空间光调制器结构图 7 范君柳等:基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换 《激光杂志》2009年第30卷第6期 LASER JOURNA L (V ol.30.N o.6.2009)
通信电子课程设计实验报告 课程名称振幅调制器的设计 专业通信工程 班级 学号 姓名 指导教师 2015年7月12日
目录 一、项目概述 1.1引言-------------------------------------------------------3 1.1 项目简介---------------------------------------------------3 1.2 任务及要求-------------------------------------------------4 二、项目实施过程 2.1 MC1496部结构及原理---------------------------------------4 2.2原理设计容------------------------------------------------6 2.2.1普通调幅电路设计---------------------------------------6 2.2.2抑制载波的双边带调幅 ----------------------------------7 2.2.3普通调幅与载波被抑制双边带调幅波的区别-----------------8 2.3元件参数设计-------------------------------------------------8 三、结果分析 3.1调幅电路工作过程--------------------------------------------10 3.2调幅电路实验结果--------------------------------------------12 3.2.1 AM普通调幅调制波形输出-------------------------------12 3.2.2 DSB载波被抑制双边带调幅波形输出----------------------13 3.2.3 信号源的输出------------------------------------------13 四、项目总结-------------------------------------------------------14 五、相关介绍-------------------------------------------------------15 六、参考文献-------------------------------------------------------16 七、附录-----------------------------------------------------------16
1.设计要求 AM和DSB振幅调制器的设计 设计要求：用模拟乘法器设计一个振幅调制器，使其能实现AM和DSB信号调制。 主要指标： 1. 载波频率：465KHz 正弦波 2. 调制信号：1KHz 正弦波 3.输出信号幅度：≥3V（峰-峰值）无明显失真 2.原理分析 2.1振幅调制产生原理 所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。为了提高传输的效率，还有载波受到抑制的双边带调幅波（DSB）和单边带调幅波（SSB）。在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。 2.2标准调幅波（AM）产生原理 调制信号是只来来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波.工作原理如框图所示。 基带调制信号 乘法器加法器标准调制波
设载波信号的表达式为： 调制信号的表达式为： 则调幅信号的表达式为： 式中，m ——调幅系数，m= 标准调幅波示意图如下： 由图可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称这种调制为 有载波调制。为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带或单边带振幅调制。 高频载波 t Ucm t uc ω cos )(=t m U t u ΩΩ=Ωcos )(t t m ucm t uo ωcos )cos 1() (Ω+=t t Ucmma t t Ucmma t Ucm )cos(cos 2 1 )cos(cos 2 1 cos Ω-+Ω++=ωωωωωUcm Um
湘南学院课程设计 课程名称通信原理 系别：计算机科学系 专业班级：通信一班 学号： 06 02 36 26 29 姓名：肖雅青、许芬、蒋小松、杨潜、杨志 题目：基于Matlab的2FSK调制及仿真 完成日期： 2010年 12月 31日 指导老师：王鲁达 2010年 12月31 日
目录 1、设计题目 (3) 2、设计原理 (3) 3、实现方法 (4) 4、设计结果及分析 (7) 5、参考文献 (10)
Ⅰ.设计题目 基于Matlab 的2FSK 调制及仿真 Ⅱ.设计原理 数字频率调制又称频移键控，记作FSK ；二进制频移键控记作2FSK 。 2FSK 数字调制原理： 1、2FSK 信号的产生： 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 {) cos()cos(211 2 2 )(θωθω?++=t A t A FSK t 时 发送时 发送"1""0" 式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 图1-1 2FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即
DOI 10.1007/s11141-015-9547-8 Radiophysics and Quantum Electronics,Vol.57,Nos.8–9,January,2015 (Russian Original Vol.57,Nos.8–9,August–September,2014) APPLICATION OF THE PHASE LIGHT MODULATOR IN THE IMAGE OPTICAL ENCRYPTION SCHEME WITH SPATIALLY INCOHERENT ILLUMINATION A.P.Bondareva,N.N.Evtikhiev,V.V.Krasnov,? and S.N.Starikov UDC004.932.4+004.942 +535.42+535.8 We describe application of the phase liquid-crystal spatial light modulator HoloEyePLUTOVIS as an encoding element in the image optical encryption scheme with spatially incoherent illumi- nation.Optical encryption and numerical decryption of test images were conducted.The results of experiments demonstrate the e?ciency of the constructed optical encryption scheme. 1.INTRODUCTION Currently,we are witnessing the existence and intense development of the optical encryption meth-ods characterized by a high speed,simultaneous multichannel processing,and the absence of concomitant radiation in the radio-frequency band.Encryption systems in spatially coherent monochromatic light are widespread.One of the best-known systems uses the double random-phase encryption[1–5].In this case, encryption is performed in monochromatic spatially coherent light using two random phase masks.Appli-cation of random phase masks as two-dimensional encoding keys leads to the fact that such systems have a high cryptographic strength.However,because of the need to record phase,such systems require holo-graphic methods of recording and,correspondingly,complex optical schemes.Moreover,the use of random phase masks leads to a poor-quality encryption of images. To simplify the encryption schemes and improve the decryption quality,one can pass from spatially coherent to spatially incoherent radiation.In this case,recording of the encrypted image is no longer required and the holographic recording scheme becomes unnecessary.The encryption is performed by transmission of monochromatic spatially incoherent radiation from the encrypted object through a di?ractive optical element,resulting in the formation of an intensity distribution described by the object image convolution with a point spread function,namely,an impulse response of the di?ractive optical element in intensity[6, 7].This intensity distribution is the encrypted image recorded by a matrix photosensor. The fundamental possibility of optical encryption in incoherent light was demonstrated in[8],but using a random phase mask as the encoding di?ractive optical element precluded the achievement of an acceptable decryption quality.This is because the point spread function of a random phase mask is virtually unlimited in space and signi?cantly exceeds the size of the encrypted image.As a result,the photosensor records only the central part of the encrypted image,which leads to distortions of the decrypted image.To solve this problem,we suggest that the encoding element is not used as a random phase mask,but as a di?ractive optical element having a given spatially limited point spread function,with length smaller than the size of the encrypted image. ?vitally.krasnov@mail.ru National Nuclear Research University(NNRU),Moscow,Russia.Translated from Izvestiya Vysshikh Ucheb-nykh Zavedenii,Radio?zika,Vol.57,No.8–9,pp.693–701,August–September2014.Original article submitted November11,2013;accepted March31,2014. 0033-8443/15/5708-0619c 2015Springer Science+Business Media New York619
AM振幅调制解调器的设计与仿真 目录 1.课程设计的目的 (2)
2.课程设计的内容 (2) 3.课程设计的原理 (2) 4.课程设计的步骤或计算 (4) 5.课程设计的结果与结论 (8) 6.参考文献 (9) 一．课程设计的目的 目的：通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。
二. 课程设计的内容 1、 AM振幅调制解调器的设计 （1）AM振幅调制解调器的设计 设计要求：用模拟乘法器MC1496设计一振幅调制器，使其能实现AM信号调制主要指标：载波频率：15MHz 正弦波调制信号：1KHz 正弦波 输出信号幅度：大于等于5V（峰峰值）无明显失真 （2）AM信号同步检波器 设计要求：用模拟乘法器MC1496设计一AM信号同步检波器 主要指标：输入AM信号：载波频率15MHz 正弦波，调制信号：1KHz 正弦波，幅度大于1V，调制度为60%。输出信号：无明显失真，幅度大于5V。 三. 课程设计原理
1. MC1496模拟乘法器 MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图(a)(b)所示。其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器，VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3 外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。 MC1496的内部电路图及引脚电路 2. 振幅调制 振幅调制是使载波信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换过程。通常载
高频电子线路课程设计 题目基极振幅调制器的设计与实现 系 (部) 班级 姓名 学号 指导教师 20XX 年 7 月 8 日至 7 月 12 日共 1 周
高频电子线路课程设计任务书
课程设计成绩评定表
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前言 目前，随着电子信息技术的快速发展，为了将低频信号有效地辐射出去为了使发射与接收效率碌在发射机与接收机方面部必须采用天线和谐振回路。但语言、音乐图像信号等的频率变化范围如果直接发射音频信号财发射机将工作于同一频率范围。这样接收机将同时收到许多不同电台的节目无法加以选择。克服以上的困难必须利用高频振荡将低频信号“附加”在高频振荡人这样就使天线的辐射效率提高尺寸缩小同时每个电台都工作于不同的载波颠串接收机可以调谐选择不同脉电台这就解除了上述的种种困难。 调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含于高频信号之中，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了。这时候在接收端可以把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解读出来就可以得到调制信号了 调幅波的形成早期VHF 频段的移动通信电台大都采用调幅方式，由于信道衰落会使模拟调幅产生附加调幅而造成失真，目前已很少采用。调频调制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调幅调制，对移动信道有较好的适应性。高频信号的幅度随着调制信号作相应的变化，这就是调幅波。由于高频信号的幅度很容易被周围的环境所影响。所以调幅信号的传输并不十分可靠。在传输的过程中也很容易被窃听，不安全。所以现在这种技术已经比较少被采用，但在简单设备的通信中还有采用。比如收音机中的AM波段就是调幅波，大家可以和FM波段的调频波相比较，可以看到它的音质和FM波段的调频波相比会比较差，原因就是它更容易被干扰。 所谓基极调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现条幅。其基本原理是，低频调制信号电压与直流偏压相串联。放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随着调制信号波形而变化。使三极管工作在欠压状态下，集电极电流的基波分量随着基极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随着调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。
光调制器原理及设计
光调制器原理及设计 姓名：张歆怡 学号：20111101209 班级：物理1102
一、光调制器的原理 光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用最为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中,光调制器被用于控制光的强度,其作用是非常重要的。光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括“去背景信号、去噪声、抗干扰”在内的形式变换，从而使之便于处理、传输和检测。根据将信息加载到光波上的位置，可将调制类型分为两大类：一类是用电信号去调制光源的驱动电源；另一类是直接对广播进行调制。前者主要用于光通讯，后者主要用于光传感。简称为：内调制和外调制。根据调制方式，调制类型又有：1强度调制；2相位调制；3偏振调制；4频率和波长调制。 1.1强度调制 光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某一较快频率变化的光信
号，这样，就可采用交流选频放大器放大，然后把待测的量连续测量出来。 1.2相位调制 利用外界因素改变光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为光相位调制。 光波的相位由光传播的物理长度、传播介质的折射率及其分布等参数决定，也就是说改变上述参量即可产生光波相位的变化，实现相位调制。 由于光探测器一般都不能感知光波相位的变化，必须采用光的干涉技术将相位变化转变为光强变化，才能实现对外界物理量的检测，因此，光相位调制应包括两部分：一是产生光波相位变化的物理机理；二是光的干涉。 1.3偏振调制 利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为 I=I0cos2α 其中：I0表示两偏振器主平面一致时所通过的光强；α表示两偏振器主平面间的夹角。 1.4频率和波长调制 利用外界因素改变光的频率或光的波长，通过检测光的频率或光的波长的变化来测量外界的物理量的原理，称为光的频率和波长调制。
第33卷 第5期2006年5月 中 国 激 光 CHIN ESE JOU RNA L OF LASE RS Vo l.33,N o.5 M ay ,2006 文章编号: 0258-7025(2006)05-0587-04斜入射液晶空间光调制器的特性 叶必卿1,陈 军1 ,福智 央2,伊ヶ崎泰则2,井上卓2,原 勉 2 (1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江杭州310027;2 浜松光子株式会社,日本) 摘要 用读出光斜入射到液晶空间光调制器(LC -SL M )的读出面,是一种有效的提高空间光调制器(S LM )读出效率的方法。测量了读出光以不同角度入射到液晶空间光调制器的读出面上时,相位调制深度与写入光强的关系、衍射效率与二值光栅对比度的关系。得到随着入射角度的增加,最大相位调制深度减小,而衍射效率变化并不明显。在45°时有最大相位调制深度2.0936π和35.4%的正一级衍射效率。关键词 信息光学;液晶空间光调制器;斜入射中图分类号 T H 744 文献标识码 A Oblique -Incidence Characteristic of Parallel -Aligned Nematic -Liquid -Crystal Spatial Light Modulator YE Bi -qing 1,CHEN Jun 1,Norihiro Fukuchi 2, Yasuno ri Igasaki 2,Takashi Inoue 2,Tsutomu Hara 2 1 State K ey L aboratory o f Modem Optical Instrumentation , Z hejiang University ,Hangzhou ,Z hej iang 310027,China 2 Hamamatsu Photonics K .K.,J apan A bstract I t is a valid way to impr ove the read -out lig ht efficiency of spatial ligh t modulator that the incident read -out light o bliquely enters the read -out plane o f the liquid cry stal spatial light modulato r.With differ ent incident ang les ,the r elatio ns o f the phase modulatio n depth and the w rite -in light intensity and of the diff ractio n efficiency and the co ntrast of the bina ry g ra ting are mea sured.I t is found that ,with increasing incident angle ,the max imum depth of the phase modulatio n decreases ,but obvio us change o f the diffraction efficiency does no t occur.With 45°incident angle ,the maximum de pth of the phase modulatio n reaches 2.0936π,and the po sitive first order diffrac tion efficiency is 35.4%. Key words info rmatio n o ptics ;liquid crystal spatial ligh t mo dula tor ;oblique incidence 收稿日期:2005-05-26;收到修改稿日期:2005-11-13 作者简介:叶必卿(1978—),女,浙江杭州人,浙江大学博士研究生,主要从事激光与非线性光学的研究。E -mail :canoo @https://www.doczj.com/doc/fc1672055.html, 1 引 言 空间光调制器(S LM )在二维空间内可以对光信息包括振幅、相位、偏振态三方面进行调制。液晶空间光调制器就是利用液晶的电光效应来达到对光波的调制,它已经在相关光学、自适应光学、光互连、光束变换、光运算、光存储和神经网络[1～3] 中得到广 泛的应用,并有希望在未来的光计算机中作为接口 器件[4] 。因此它的光调制特性越来越为人们所关 注。 当空间光调制器工作在正入射情况时,必须利 用分光镜使得入射光和反射光分离,以使得到的反射光光强被极大衰减,在一定程度上限制了它的应用。为了得到更强的反射光强,采用读出光斜入射 模式是一种有效的方法。虽然对于正入射工作模式的特性研究已经有大量报道[5,6],但空间光调制器的斜入射调制特性研究尚少报道。本文测量了光寻址液晶空间光调制器的斜入射光学调制特性,在45°入射时得到最大2.0936π的相位调制深度和35.4%的正一级衍射效率。
4. 声光扫描 声光扫描器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于调制器是改变衍射光的强度，而扫描器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向。 ⑴声光扫描原理 从前面的声光布拉格衍射理论分析可知，光束以θi 角入射产生衍射极值应满足布喇格条件：s B n λλθ2sin =，B d i θθθ==。布喇格角一般很小，可写为 s s s B f v n 22λλλθ=≈ (3.6-5) 故衍射光与入射光间的夹角（偏转角）等于布拉格角θB 的2倍，即 s s B d i f nv λ θθθθ==+=2 (3.6-6) 可以看出：改变超声波的频率f s ，就可以改变其偏转角θ，从而达到控制光束传播方向的目的。超声频率改变?f s 引起光束偏转角的变化为 s s f nv ?=?λ θ (3.6-7) 这可用图1及声光波矢关系予以说明。 ⑵声光扫描器的主要性能参量 声光扫描器的主要性能参量有三个: 可分辨点数，它决定描器的容量。 偏转时间τ，其倒数决定扫描器的速度。 衍射效率ηs ，它决定偏转器的效率。 衍射效率前面已经讨论过。下面主要讨论可分辨点数、扫描速度和工作带宽的衍射光 声频为f s 的衍射光 k s s 图1 声光描器原理图
问题。 可分辨点数N 定义为偏转角?θ和入射光束本身发散角?φ之比，即 )(w R N λφ?φ?θ ?== (3.6-8) 式中w 为入射光束的宽度；R 为常数，其值决定于所用光束的性质（均匀光束或高斯光束）和可分辨判据（瑞利判据或可分辨判据）。 上式可以写成 s f R N ?=11τ (3.6-10) τ 1N 称为声光扫描器的容量-速度积，它表征单位时间内光束可以指向的可分辨位置的数目。 声光扫描器带宽受两种因素的限制，即受换能器带宽和布喇格带宽的限制。因为声频改变时，相应的布喇格角也要改变，其变化量为 s s B f nv ?=?2λ θ (3.6-11) 因此要求声束和光束具有匹配的发散角。声光扫描器一般采用准直的平行光束，其发散角很小，所以要求声波的发散角B δθδφ≥。 L n f f s s s λλ2 2≤? (3.6-12) 有效波面 图2 列阵换能器 (a) (b)
AM振幅调制解调器的设计自动化ＺＹ１２０２屈志平 设计方法：用模拟乘法器MC1496设计一振幅调制器，使其能实现AM 信号调制解调。 1.MC1496模拟乘法器 MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图(a)(b)所示。其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器，VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3 外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。
MC1496的内部电路图及引脚电路 2.振幅调制 振幅调制是使载波信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换 过程。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。 表达式为，则调幅信号的表达式为： 3.同步检波 同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘 法器的相乘原理， 实现同步检波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一个输 入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号
，另一输入端输入同步信号（即载 波信号），经乘法器相乘，由式（4-4）可得输出信号U0（t）为 1.振幅调制器电路及仿真 载波Uc(t)频率为15MHZ,振幅为4.5V。调制信号U（t）频率为1KHZ,振幅为26mv,电阻、电容阻值如图2所示 MC1496构成的振幅调试器
空间光调制器参数测量与创新应用实验 实验讲义 大恒新纪元科技股份有限公司 所有不得翻印
前言 空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算等系统中构造单元或关键的器件。空间光调制器是实时光学信息处理，自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件，很大程度上，空间光调制器的性能决定了这些领域的实用价值和发展前景。 空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射式和透射式；而按照输入控制信号的方式不同又可分为光寻址(OA-SLM)和电寻址(EA-SLM) 。最常见的空间光调制器是液晶空间光调制器，应用光－光直接转换，效率高、能耗低、速度快、质量好。可广泛应用到光计算、模式识别、信息处理、显示等领域，具有广阔的应用前景。 本实验是传统光信息处理实验与计算机等先进技术手段相结合的现代光学实验，旨在让学生了解空间光调制器的广泛应用和科研价值。本实验注重学生对光信息处理中关键器件的理解，同时利用SLM解决实际科研与产业应用问题的能力，实验直观且有很强的指导性，可作为相关专业学生的研究型实验。
实验一SLM 液晶取向测量实验 一、 实验目的 1. 了解空间光调制器的基础知识。 2. 理解空间光调制器的透光原理。 3. 测量空间光调制器的前后表面液晶分子取向，计算液晶扭曲角。 二、 实验原理 根据液晶分子的空间排列不同，可将液晶分为向列型、近晶型、胆甾型3类。其中扭曲向列液晶 (Twisted Nematic Liquld Crystal ，TNLC)是液晶屏的主要材料之一，它是一种各向异性的媒质，可以看作是同轴晶体，它的光轴与液晶分子的长轴平行。TNLC 分子自然状态下扭曲排列，在电场作用下会沿电场方向倾斜，过程中对空间光的强度和相位都会产生调制。 想定量分析液晶屏对光的调制特性，需要将调制过程用数学方法来模拟，液晶盒里的扭曲向列液晶可沿光的透过方向分层，每一层可看作是单轴晶体，它的光学轴与液晶分子的取向平行。由于分子的扭曲结构，分子在各层间按螺旋方式逐渐旋转，各层单轴晶体的光学轴沿光的传输方向也螺旋式旋转。如图1.1所示。 图1.1 TNLC 分层模型 在空间光调制器液晶屏的使用中，光线依次通过起偏器P 1、液晶分子、检偏器P 2，如图1.2所示。光路中要求偏振片和液晶屏表面都在x-y 平面上，图中已经分别标出了液晶屏前后表面分子的取向，两者相差90°。偏振片角度的定义是，逆着光的方向看，1φ为液晶屏前表面分子的方向顺时针到P l 偏振方向的角度，2φ为液晶屏后表面分子的方向逆时针到P 2偏振方向的角度。偏振光沿z 轴传输，各层分子可以看作具有相同性质的单轴晶体，它的Jones 矩阵表达式与液晶分子的寻常折射率n o 和非常折射率n e ，以及液晶盒的厚度d 和扭曲角α有关。除此之外，Jones 矩阵还与两个偏振片的转角1φ，2φ有关。因此光波强度和相位的信息可简单表示为()12,,T T βφφ=；()12,,δδβφφ=，其中 ()e o d n n βπθλ=-????又称为双折射，它其实为隐含电场的量，因为β为非常折射率e n 的 函数，非常折射率e n 随液晶分子的倾角θ改变，θ又随外加电压而变化。
课程名称高频电子线路 实验项目振幅调制器（利用乘法器）成绩 学院信息学院专业 学号姓名 实验时间实验室指导教师 一.实验目的 1.掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程，并研究已 调波与二输入信号的关系。 2.掌握测量调幅系数的方法。 3.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象 二.实验设备 1.双踪示波器 2.高频信号发生器 3.万用表 4..清华科教TPE-GP2型高频电路实验箱及G3实验板板 三.实验内容 1.直流调制特性的测量 2.实现全载调幅波 3.实现抑制载波调幅 四.实验步骤及记录（包括数据、图表、波形、程序设计等） 实验电路图：
步骤： 1. 调RP2电位器使载波输入端平衡：在调制信号输入端IN2加峰值为100mV,频率为1KHz 的正弦信号，调节RP2电位器使输出端信号最小，然后去掉输入信号。 2.在载波输入端IN1加峰值UCm为10mv，频率为100KHz的正弦信号，用万用表测量A，B之间的电压VAB，用示波器观察OUT输出端的波形，以VAB=0.1v为步长，记录RP1由一端调至 另一端的输出波形及峰值电压，注意观察相位变化，根据公式U0=KVABUCm计算出系数K值。
πt(mV)，将低频信号VS(t)=VSsin2 3. 调节RP1使VAB=0.1V，载波信号仍为VC(t)=10sin25 ? 10 л×10^3t(mV)加至调制器输入端IN2，画出VS=30 mV和100mV时的调幅波形（标明峰-峰值与谷-谷值）并测出其调制度m。 4. 加大示波器扫描速率，观察并记录m=100﹪和m﹥100﹪两种调幅波在零点附近的波形情况。 5. 载波信号VC(t)不变，将调制信号改为VS(t)=100sin2π×10^3t(mV)调节RP1观察输出波形VAM（t）的变化情况。 πt(mV)信号，调制6. 调RP1使调制端平衡，并在载波信号输入端IN1加VC(t)=10sin5 10 ? 信号端IN2不加信号，观察并记录输出端波形。 7. 载波输入端不变，调制信号输入端IN2加VS(t)=100sin2×10^3t(mV)信号，观察记录波形，并标明峰-峰值电压。 8. 加大示波器扫描速率，观察记录已调波在零点附近波形，比较它与m= 100﹪调幅波的区别。 9.所加载波信号和调制信号均不变，微调RP2为某一个值，观察记录输出波形。 数据及图像：