电光调制技术在激光通信中的应用

第18卷　第1期北京机械工业学院学报Vol. 18　No. 1　　　　　　　　2003年3月Journal of Beijing Institute of Machinery Mar. 2003

文章编号:1008-1658(2003) 01-0010-06

电光调制技术在激光通信中的应用

巫建坤

(北京机械工业学院　电子信息工程系, 　北京100085)

摘　　　要:由于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, 所以利用电光调制的原理设计了一激光通信系统号作为调制信号加在电光晶体上, 在接收端接收被调制的光信号, 、还原, 用光波来传递信息。, 通信的可行性。影响较大, 容易产生噪声, 关　键　词:; :A

, 实际上是将有线通信的电信号处理技术、激光, 可用于空间及地面通信。近几年来, 人们对宽带多媒体业务的需求促进了整个通信网络的宽带化发展。光波是宽带信息的最理想载体, 光纤通信的迅速发展已证明了这一点。

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1013Hz ～1015Hz , 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, 若以每路电话频带宽度4kHz 计算, 可容纳100亿路, 全球以50亿人口计算, 全世界的人利用一束激光通话还绰绰有余, 巨大的通信容量是过去任何通信系统都无法达到的。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。再次保密性好, 激光在大气通信中, 由于较小的发散角, 激光束几乎是一条准直的细线, 保持了高度的方向性, 不象无线电通信那样向周围空间发散, 加之它大多是不可见的红外线激光, 想截获十分困难[1]。基于以上所述, 我们提出了利用电光调制技术在自由空间进行激光通信的系统, 此系统是将被传输的信号载到激光上, 以大气为传播介质, 在接收地再将信号还原, 完成被传输信号在自由空间的光传输。

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, 所以首先简单地探讨一下有关光调制的问题。

1　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2大类:直接调制仅适用于半导体光源(LD 和L ED ) , 这种方法是把要传送的信息转变为电流信号注入LD 或L ED , 从而获收稿日期:2002-10-17

作者简介:巫建坤(1954-) , 女, 河南滑县人, 北京机械工业学院电子信息工程系工程师, 学士, 主要从事电光调制技术的研

究。

第1期　　　　　　　　　　　　巫建坤:电光调制技术在激光通信中的应用　　　　　　　　　　11得相应的光信号, 是电源调制方法。直接调制具有简单、经济、容易实现等优点, 是光纤通信中常采用的调制方式。但是激光器在直接调制时其啁啾与调制频率成正比, 在光纤色散效应作用下, 它将导致传输谱展宽, 直接影响传输距离[2]。

间接调制是利用晶体的电光效应、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用于其它类型的激光器。间接调制最常用的是外调制方式, 既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, 在调制器上加调制电压, 使调制器的某些物理特性发生相应的变化, 当激光通过它时得到调制。所以根据物理机制, 外部调制器可以分为3类:①磁光, 即Farady 调制器; (AO ) 调制器; ③电光(EO ) 调制器[3]。在高级光通信中, 调制速率比其他类型的调制器调制速率高得多种, 一种是M -Z (Mach -Zahnder ) () , 根据所查资料把它们与直接调制器做一比较, 1]表1　外调制-DFB EA

M -Z 约12GHz

啁啾因子3～5约250mA >50mA 阻抗4～8Ω4～8Ω转换关系线性线性exp (v ) cos2(v ) 约40GHz 约50GHz 约1. 5V 约5～10V 约0. 1p F R =50Ω

从表1中看出:间接调制的2种外部调制器调制带宽比直接调制要宽一倍以上, 啁啾因子要小得多。因此在高速传输系统中(>10Gb/s ) 大多采用外调制技术。

2　电光调制原理[4]

电光调制的物理基础是电光效应, 即某些晶体在外电场的作用下其折射率随电场的变化而发生变化的一种效应。电光调制又有调幅和调相之分。电光调幅是借助于晶体的电光效应, 使光束的偏振态从线偏振光变为椭圆偏振光, 再通过检偏器转变为光的强度调制。而电光调相则不改变输出光的偏振态, 只改变其相位。我们所设计的激光通信系统采用的是电光调幅。因此简单的介绍一下电光振幅调制器, 典型的电光振幅调制器如图1所示。

图1　电光振幅调制器

图中P 1,P 2分别为起偏振器和检偏振器, 两者的透光轴相互垂直, P 1的透光轴平行于晶体的x 主轴,P 2的透光轴平行于晶体的y 主轴, 并在P 1,P 2间插入1/4波片。

加上电场V 后, 晶体的感应主轴x ′, y ′分别为旋转到与原主轴x , y 轴成45°的夹角方向。因此, 入射光束经P 1后与x 轴平行的线偏振光束进入晶体(z =0) , 并分解成沿x ′, y ′轴的两

　　　　　　　　　　　　　　　　北京机械工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第18卷12

个相位和振幅均分别相等的分量, 即

E x ′=A cos ω0t

E y ′=A cos ω0

t

(0) =A (0) =A 若用复数表示形式, 则有E x ′ , E y ′ 。因此输入光强为

I 0∝E ・E 3(1) =(0) E x ′2+(0) E y ′2=2A 2(2) φ, 则有当光通过长度为l 的晶体后, 在输出面z =l 处, x ′和y ′分量之间将产生相位差Δ

(l ) =A E x ′ ′(3) Δφ-i () E y ′l =A ′e

(l ) 和E y ′(l ) 在y , 即这样从P 2出射的光则为E x ′

φ(E y ) 0=而输出光强则为

I 0(E (4) -) 0=(e Δφi

2(e i -1) ・Δφ2-1) ]=2A ′sin 2

2(5)

(6) 　　　　T =

　　式中I 为输出光强, I 0为输

φ=π时加在晶入光强, V π为当Δ

体上的电压, 通常叫做晶体的半波

电压。此式表明, 透过率随外加电

压而变化, 光强调制特性曲线如图

2所示。由此图可以看出, T -V 曲线是非线性的, 故必须选择合适

的调制工作点, 否则调制光强将发

生畸变。在V =V π/2附近近似

有一线性关系(V m νV π) 。因此,

我们设计调制器时, 必须设法使调

制器工作在此线性部分。在图1

中插入一个1/4波片, 使x ′, y ′2

φ=个分量间产生固定相位差为Δ

π/2。当V m νV π式(6) 就变为=sin 2=sin 2I 022V 图2　透过率与外加电压V 的关系曲线

ππ+=sin 2=1+sin π42V V I 02

波的强度变化与调制信号成线性关系, 光强的变化就能正确地反映信号的变化。(7) 这里的电压V 在直线部分变动, 这表明在一个小的正弦调制电压的作用下, 就会使已调制光

由图2可以看出, 当V =0时, 透过光强I =0; 当V =V π时, 透过光强最大(I/I 0=100%) ; V =V π/2时透过光强为V =V π时的一半(即50%) 。

电光调制有2种:外加电场的方向与光的传播方向平行, 叫做纵向电光调制, 前面我们所

第1期　　　　　　　　　　　　巫建坤:电光调制技术在激光通信中的应用　　　　　　　　　　13讨论的就是纵向调制。这种调制方法由于外加电场的方向与光的传播方向同向, 因此在电光晶体的端面电极须做成环行电极或者镀以透明电极, 光才能通过。这样给加工带来一定的难度, 而且电极对光束有干扰作用。当外加电场的方向与光的传播方向垂直时, 叫做横向调制, 采用横向调制时电场电极不会防碍光的传输, 而且也便于制作。若采用又长又薄的晶体还可以减小半波电压值。由于横向调制器中小电压易于变化, 所以频响优于纵向调制。鉴于此我们的通信系统中采用的是横向调制。

3　激光通信系统及通信实验

3. 1　通信系统

基于以上电光调制原理, 所示声音信息, 由激光器产生的激光, 4, 使得2个偏振分量(0光和e 光) 。为的是让调制器工作在图2的近似线性区域。, 给电光晶体加一个外加电压, 此电压就, 晶体的折射率及其他光学性能发生变化, , , 再经过检偏器又成为线偏振光, 光, 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

。

图3　激光通信系统

3. 2　通信实验

根据以上所设计的通信系统我

们做了相关的通信实验, 系统中的电

光晶体由铌酸锂(LiNbO 3) 制成, 铌

酸锂晶体为单轴晶体, 在切割的时候

沿光轴的方向进行切割, 并在晶体的

侧面镀上电极, 用来施加外加电压,

把2个端面抛光, 以进行通光, 通光

的方向即为光轴的方向。外加电压

为被传输的声音信号, 此信号可以是图4　待传输的信号

收录机的输出或磁带机输出, 实际上就是一个随时间变化的电压信号, 其波形为图4。因电压的幅值较小, 只有2V 左右, 因此将此信号经电压放大器放大10倍后加在电光晶体上, 这样从

　　　　　　　　　　　　　　　　北京机械工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第18卷14

电光晶体出射的光波中就载有声音信息。也就是说把声音信号加载到了光波上, 光波载着声音信息在自由空间传输, 在接收端用光电探测器接收光信号, 之后经转换电路转换为电压。图5(a ) , (b ) 分别为未加载声音信号和加载声音信号接收端的接收情况。图(a ) 因为没有给电光晶体加外加电压, 即未加载声音信号, 因此从电光晶体出射的光没有被调制, 所以在接收端光电探测器所接收的光信号经电路转换后得到的电压值为一条直线。而图(b ) 则是加载了声音信号, 光电探测器接收的光信号中带有声音信息, 经电路转换后得到了与发送端相同的电压波形, 之后经解调器解调又还原为声音。至此完成了用激光光波在自由空间传输声音信息的全过程

。

(a ) 未加载声音信号, 接收端的波形(b ) 加载声音信号, 接收端的波形

图5　接收信号波形

在调整好光路和电路的基础上我们从以下几方面进行了通信实验:

(1) 选择合适的工作点。从图2中看到T -V 曲线虽然是非线性的, 但是放入1/4波片可以让调制器工作在V =V π/2附近, 即T -V 曲线的近似线性段, 此时调制光强将不会发生畸变, 被传输的声音信号也不会产生失真, 解调器解调出来的声音信号与发送端的声音信号是完全相同的。去掉1/4波片调制器的工作点就不在V =V π/2附近了, 也就是说调制器工作在T -V 曲线的非线性区, 解调器解调出来的声音就会失真或者完全听不到声音。

(2) 改变输入端信号的大小, 即调节收录机即或磁带机的音量, 解调器解调出来的声音也随同变化, 说明通信是成功的。

(3) 挡住从检偏器出来的光, 解调器就解调不出发射端所发射的声音信号。

由于我们所使用的光电探测器是光电三极管, 所以在实验中发现光电探测器的放置位置至关重要, 因为光电三极管的接收面为一球面, 球面的中心一定要对准所接收光斑的中心, 若有偏差的话, 在接收端也将接收不到被传输的声音信号。

4　结论

通过以上实验证明了利用电光调制技术进行激光通信是可行的。而且此种通信方法具有传输速度快、抗干扰能力强、保密性好、结构简单、成本低廉、易于实现等优点, 可用于城市两建筑物之间以及校园网、小区网或大企业的内部网建设。但是由于此通信系统是自由空间光通信, 通信的介质是大气, 因此在通信距离之内不能有遮挡物的存在, 而且由于空气的扰动、气候的变化等都会影响通信质量。解决此问题的最好方法是采用光纤通信, 通信质量可以大为改

第1期　　　　　　　　　　　　巫建坤:电光调制技术在激光通信中的应用　　　　　　　　　　15善, 但是成本将会大大提高。

人类已进入信息社会, 随着经济和通信全球化、因特网的大量普及, 使人们对通信的要求越来越高, 通信速度不仅要快而且质量要高。这样人们才能不失时机地掌握各种信息, 以提高工作效率和生活质量。因此光通信技术得到了飞速的发展, 在地面光纤通信技术日趋成熟的同时, 人们正在不断地探索和研究无线自由空间光通信技术。我们相信在信息时代的今天, 光通信技术的发展速度将超越电技术, 而且会有更加广阔的应用前景。

参考文献:

[1]梅遂生. 光电子技术[M ].北京:国防工业出版社,1999.

[2]唐晓东, 曾庆济, 金耀辉, 等. ) .

2001, (2) :90-91.

[3]顾畹仪, 李国瑞. 光纤通信系统[].,1999.

[4]江月松. :, 2000.

electrooptic modulation

in laser communication

WU Jian 2kun

(Department of Electronic Information Engineering , Beijing Institute of Machinery , Beijing 100085,China )

Abstract :A laser communication system is presented , after discussion about the methods and principle of electrooptic modulation 。A transferred signal is applied to an electrooptic crystal. The optical modulated signal is received in the receiving end , then demodulated and recovered . The experiment of laser communication shows the realizability of electrooptic modulation in application of laser communication. If it is transfered in the medium of air , the quality of communication will be effected by the environment to be more likely to produce noise . Laser communication is recom 2mended to achieve better communication quality.

K ey w ords :optical communication ; electrooptic modulation ;fibre

(上接9页) A study of intensity prediction using grey

model and its programming application in LabVIEW

CAO Ai 2dong , XU Xiao 2li

(Department of Mechanical Engineering ,Beijing Institute of Machinery ,Beijing 100085,China )

Abstract :Duringthe running course of large rotary machines , the data of intensity of oscillation tend to behave in non 2linear time series. Setting up a GM (1,1) combined with AR model to pre 2dict their future data. Using AR model to predict their remains and using Marple Algorithm to es 2timate their model parameters. And using FPE rule to test the applicability of the model. The whole process is realized in LabV IEW combination with VC. Using this new method has obtained more satisfactory predicting results to large rotary sets in the industrial application.

K ey w ords :grey model ; non 2linear time series ; Marple algorithm ; FPE rule

第18卷　第1期北京机械工业学院学报Vol. 18　No. 1　　　　　　　　2003年3月Journal of Beijing Institute of Machinery Mar. 2003

文章编号:1008-1658(2003) 01-0010-06

电光调制技术在激光通信中的应用

巫建坤

(北京机械工业学院　电子信息工程系, 　北京100085)

摘　　　要:由于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, 所以利用电光调制的原理设计了一激光通信系统号作为调制信号加在电光晶体上, 在接收端接收被调制的光信号, 、还原, 用光波来传递信息。, 通信的可行性。影响较大, 容易产生噪声, 关　键　词:; :A

, 实际上是将有线通信的电信号处理技术、激光, 可用于空间及地面通信。近几年来, 人们对宽带多媒体业务的需求促进了整个通信网络的宽带化发展。光波是宽带信息的最理想载体, 光纤通信的迅速发展已证明了这一点。

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1013Hz ～1015Hz , 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, 若以每路电话频带宽度4kHz 计算, 可容纳100亿路, 全球以50亿人口计算, 全世界的人利用一束激光通话还绰绰有余, 巨大的通信容量是过去任何通信系统都无法达到的。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。再次保密性好, 激光在大气通信中, 由于较小的发散角, 激光束几乎是一条准直的细线, 保持了高度的方向性, 不象无线电通信那样向周围空间发散, 加之它大多是不可见的红外线激光, 想截获十分困难[1]。基于以上所述, 我们提出了利用电光调制技术在自由空间进行激光通信的系统, 此系统是将被传输的信号载到激光上, 以大气为传播介质, 在接收地再将信号还原, 完成被传输信号在自由空间的光传输。

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, 所以首先简单地探讨一下有关光调制的问题。

1　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2大类:直接调制仅适用于半导体光源(LD 和L ED ) , 这种方法是把要传送的信息转变为电流信号注入LD 或L ED , 从而获收稿日期:2002-10-17

作者简介:巫建坤(1954-) , 女, 河南滑县人, 北京机械工业学院电子信息工程系工程师, 学士, 主要从事电光调制技术的研

究。

第1期　　　　　　　　　　　　巫建坤:电光调制技术在激光通信中的应用　　　　　　　　　　11得相应的光信号, 是电源调制方法。直接调制具有简单、经济、容易实现等优点, 是光纤通信中常采用的调制方式。但是激光器在直接调制时其啁啾与调制频率成正比, 在光纤色散效应作用下, 它将导致传输谱展宽, 直接影响传输距离[2]。

间接调制是利用晶体的电光效应、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用于其它类型的激光器。间接调制最常用的是外调制方式, 既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, 在调制器上加调制电压, 使调制器的某些物理特性发生相应的变化, 当激光通过它时得到调制。所以根据物理机制, 外部调制器可以分为3类:①磁光, 即Farady 调制器; (AO ) 调制器; ③电光(EO ) 调制器[3]。在高级光通信中, 调制速率比其他类型的调制器调制速率高得多种, 一种是M -Z (Mach -Zahnder ) () , 根据所查资料把它们与直接调制器做一比较, 1]表1　外调制-DFB EA

M -Z 约12GHz

啁啾因子3～5约250mA >50mA 阻抗4～8Ω4～8Ω转换关系线性线性exp (v ) cos2(v ) 约40GHz 约50GHz 约1. 5V 约5～10V 约0. 1p F R =50Ω

从表1中看出:间接调制的2种外部调制器调制带宽比直接调制要宽一倍以上, 啁啾因子要小得多。因此在高速传输系统中(>10Gb/s ) 大多采用外调制技术。

2　电光调制原理[4]

电光调制的物理基础是电光效应, 即某些晶体在外电场的作用下其折射率随电场的变化而发生变化的一种效应。电光调制又有调幅和调相之分。电光调幅是借助于晶体的电光效应, 使光束的偏振态从线偏振光变为椭圆偏振光, 再通过检偏器转变为光的强度调制。而电光调相则不改变输出光的偏振态, 只改变其相位。我们所设计的激光通信系统采用的是电光调幅。因此简单的介绍一下电光振幅调制器, 典型的电光振幅调制器如图1所示。

图1　电光振幅调制器

图中P 1,P 2分别为起偏振器和检偏振器, 两者的透光轴相互垂直, P 1的透光轴平行于晶体的x 主轴,P 2的透光轴平行于晶体的y 主轴, 并在P 1,P 2间插入1/4波片。

加上电场V 后, 晶体的感应主轴x ′, y ′分别为旋转到与原主轴x , y 轴成45°的夹角方向。因此, 入射光束经P 1后与x 轴平行的线偏振光束进入晶体(z =0) , 并分解成沿x ′, y ′轴的两

　　　　　　　　　　　　　　　　北京机械工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第18卷12

个相位和振幅均分别相等的分量, 即

E x ′=A cos ω0t

E y ′=A cos ω0

t

(0) =A (0) =A 若用复数表示形式, 则有E x ′ , E y ′ 。因此输入光强为

I 0∝E ・E 3(1) =(0) E x ′2+(0) E y ′2=2A 2(2) φ, 则有当光通过长度为l 的晶体后, 在输出面z =l 处, x ′和y ′分量之间将产生相位差Δ

(l ) =A E x ′ ′(3) Δφ-i () E y ′l =A ′e

(l ) 和E y ′(l ) 在y , 即这样从P 2出射的光则为E x ′

φ(E y ) 0=而输出光强则为

I 0(E (4) -) 0=(e Δφi

2(e i -1) ・Δφ2-1) ]=2A ′sin 2

2(5)

(6) 　　　　T =

　　式中I 为输出光强, I 0为输

φ=π时加在晶入光强, V π为当Δ

体上的电压, 通常叫做晶体的半波

电压。此式表明, 透过率随外加电

压而变化, 光强调制特性曲线如图

2所示。由此图可以看出, T -V 曲线是非线性的, 故必须选择合适

的调制工作点, 否则调制光强将发

生畸变。在V =V π/2附近近似

有一线性关系(V m νV π) 。因此,

我们设计调制器时, 必须设法使调

制器工作在此线性部分。在图1

中插入一个1/4波片, 使x ′, y ′2

φ=个分量间产生固定相位差为Δ

π/2。当V m νV π式(6) 就变为=sin 2=sin 2I 022V 图2　透过率与外加电压V 的关系曲线

ππ+=sin 2=1+sin π42V V I 02

波的强度变化与调制信号成线性关系, 光强的变化就能正确地反映信号的变化。(7) 这里的电压V 在直线部分变动, 这表明在一个小的正弦调制电压的作用下, 就会使已调制光

由图2可以看出, 当V =0时, 透过光强I =0; 当V =V π时, 透过光强最大(I/I 0=100%) ; V =V π/2时透过光强为V =V π时的一半(即50%) 。

电光调制有2种:外加电场的方向与光的传播方向平行, 叫做纵向电光调制, 前面我们所

第1期　　　　　　　　　　　　巫建坤:电光调制技术在激光通信中的应用　　　　　　　　　　13讨论的就是纵向调制。这种调制方法由于外加电场的方向与光的传播方向同向, 因此在电光晶体的端面电极须做成环行电极或者镀以透明电极, 光才能通过。这样给加工带来一定的难度, 而且电极对光束有干扰作用。当外加电场的方向与光的传播方向垂直时, 叫做横向调制, 采用横向调制时电场电极不会防碍光的传输, 而且也便于制作。若采用又长又薄的晶体还可以减小半波电压值。由于横向调制器中小电压易于变化, 所以频响优于纵向调制。鉴于此我们的通信系统中采用的是横向调制。

3　激光通信系统及通信实验

3. 1　通信系统

基于以上电光调制原理, 所示声音信息, 由激光器产生的激光, 4, 使得2个偏振分量(0光和e 光) 。为的是让调制器工作在图2的近似线性区域。, 给电光晶体加一个外加电压, 此电压就, 晶体的折射率及其他光学性能发生变化, , , 再经过检偏器又成为线偏振光, 光, 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

。

图3　激光通信系统

3. 2　通信实验

根据以上所设计的通信系统我

们做了相关的通信实验, 系统中的电

光晶体由铌酸锂(LiNbO 3) 制成, 铌

酸锂晶体为单轴晶体, 在切割的时候

沿光轴的方向进行切割, 并在晶体的

侧面镀上电极, 用来施加外加电压,

把2个端面抛光, 以进行通光, 通光

的方向即为光轴的方向。外加电压

为被传输的声音信号, 此信号可以是图4　待传输的信号

收录机的输出或磁带机输出, 实际上就是一个随时间变化的电压信号, 其波形为图4。因电压的幅值较小, 只有2V 左右, 因此将此信号经电压放大器放大10倍后加在电光晶体上, 这样从

　　　　　　　　　　　　　　　　北京机械工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第18卷14

电光晶体出射的光波中就载有声音信息。也就是说把声音信号加载到了光波上, 光波载着声音信息在自由空间传输, 在接收端用光电探测器接收光信号, 之后经转换电路转换为电压。图5(a ) , (b ) 分别为未加载声音信号和加载声音信号接收端的接收情况。图(a ) 因为没有给电光晶体加外加电压, 即未加载声音信号, 因此从电光晶体出射的光没有被调制, 所以在接收端光电探测器所接收的光信号经电路转换后得到的电压值为一条直线。而图(b ) 则是加载了声音信号, 光电探测器接收的光信号中带有声音信息, 经电路转换后得到了与发送端相同的电压波形, 之后经解调器解调又还原为声音。至此完成了用激光光波在自由空间传输声音信息的全过程

。

(a ) 未加载声音信号, 接收端的波形(b ) 加载声音信号, 接收端的波形

图5　接收信号波形

在调整好光路和电路的基础上我们从以下几方面进行了通信实验:

(1) 选择合适的工作点。从图2中看到T -V 曲线虽然是非线性的, 但是放入1/4波片可以让调制器工作在V =V π/2附近, 即T -V 曲线的近似线性段, 此时调制光强将不会发生畸变, 被传输的声音信号也不会产生失真, 解调器解调出来的声音信号与发送端的声音信号是完全相同的。去掉1/4波片调制器的工作点就不在V =V π/2附近了, 也就是说调制器工作在T -V 曲线的非线性区, 解调器解调出来的声音就会失真或者完全听不到声音。

(2) 改变输入端信号的大小, 即调节收录机即或磁带机的音量, 解调器解调出来的声音也随同变化, 说明通信是成功的。

(3) 挡住从检偏器出来的光, 解调器就解调不出发射端所发射的声音信号。

由于我们所使用的光电探测器是光电三极管, 所以在实验中发现光电探测器的放置位置至关重要, 因为光电三极管的接收面为一球面, 球面的中心一定要对准所接收光斑的中心, 若有偏差的话, 在接收端也将接收不到被传输的声音信号。

4　结论

通过以上实验证明了利用电光调制技术进行激光通信是可行的。而且此种通信方法具有传输速度快、抗干扰能力强、保密性好、结构简单、成本低廉、易于实现等优点, 可用于城市两建筑物之间以及校园网、小区网或大企业的内部网建设。但是由于此通信系统是自由空间光通信, 通信的介质是大气, 因此在通信距离之内不能有遮挡物的存在, 而且由于空气的扰动、气候的变化等都会影响通信质量。解决此问题的最好方法是采用光纤通信, 通信质量可以大为改

第1期　　　　　　　　　　　　巫建坤:电光调制技术在激光通信中的应用　　　　　　　　　　15善, 但是成本将会大大提高。

人类已进入信息社会, 随着经济和通信全球化、因特网的大量普及, 使人们对通信的要求越来越高, 通信速度不仅要快而且质量要高。这样人们才能不失时机地掌握各种信息, 以提高工作效率和生活质量。因此光通信技术得到了飞速的发展, 在地面光纤通信技术日趋成熟的同时, 人们正在不断地探索和研究无线自由空间光通信技术。我们相信在信息时代的今天, 光通信技术的发展速度将超越电技术, 而且会有更加广阔的应用前景。

参考文献:

[1]梅遂生. 光电子技术[M ].北京:国防工业出版社,1999.

[2]唐晓东, 曾庆济, 金耀辉, 等. ) .

2001, (2) :90-91.

[3]顾畹仪, 李国瑞. 光纤通信系统[].,1999.

[4]江月松. :, 2000.

electrooptic modulation

in laser communication

WU Jian 2kun

(Department of Electronic Information Engineering , Beijing Institute of Machinery , Beijing 100085,China )

Abstract :A laser communication system is presented , after discussion about the methods and principle of electrooptic modulation 。A transferred signal is applied to an electrooptic crystal. The optical modulated signal is received in the receiving end , then demodulated and recovered . The experiment of laser communication shows the realizability of electrooptic modulation in application of laser communication. If it is transfered in the medium of air , the quality of communication will be effected by the environment to be more likely to produce noise . Laser communication is recom 2mended to achieve better communication quality.

K ey w ords :optical communication ; electrooptic modulation ;fibre

(上接9页) A study of intensity prediction using grey

model and its programming application in LabVIEW

CAO Ai 2dong , XU Xiao 2li

(Department of Mechanical Engineering ,Beijing Institute of Machinery ,Beijing 100085,China )

Abstract :Duringthe running course of large rotary machines , the data of intensity of oscillation tend to behave in non 2linear time series. Setting up a GM (1,1) combined with AR model to pre 2dict their future data. Using AR model to predict their remains and using Marple Algorithm to es 2timate their model parameters. And using FPE rule to test the applicability of the model. The whole process is realized in LabV IEW combination with VC. Using this new method has obtained more satisfactory predicting results to large rotary sets in the industrial application.

K ey w ords :grey model ; non 2linear time series ; Marple algorithm ; FPE rule