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图1.2.3-19 黑体辐射的波长调制 该系统不需要外加光源，而且简单的由探头尖端（即黑体腔） 收集黑体的光谱辐射，然后通过光纤把这种宽频带的辐射传 送到分光仪或滤光片，根据普朗克提出的辐射亮度与波长的 关系随温度变化的公式，通过双波长或单波长检测就能测出 黑体的温度。
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（4）利用滤光器参数的变化进行波长调制
5
应用：空－空导弹
6
空－空导弹位标器
7
8
9
10
1: 线光源 2: 圆筒 3: 狭缝4: 缝隙光阑
图1.2.3-1b 调制线光源
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2、利用电磁感应的机械调制
如图所示是一种电磁感应的机械调制原理图
12
3、受抑全反射调制器
图1.2.3-3 受抑全反射调制器 现象：在交变电压作用下，压电晶体周期性的变形，使入射光束分解
调节 对象
调节 对象
光电传 感器
比较 器
放大 器
执行 机构
参考值
2
光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息 的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。
• 光调制的目的：
•去背景信号 •去噪声 •抗干扰
• 调制类型：
•强度调制 •相位调制 •偏振调制 •频率和波长调制。
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一、光强度调制 光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因
E2 E02 cos[2 2 ]
式中E01、E02为两束光在光电探测器表面处的振幅； φ1、φ2为两束光的初相。
若两束光为相干光，在光电探测器表面产生混频，其合成的 总电场强度为
E E1 E2 E01 cos[2 ( )t 1] E02 cos(2 2 )
检测器输出的光信号I(t)正比于总电场的平方，即：
块偏振器相对转动，按马吕斯定理，输出光强为
I I0 cos2
I0：两偏振器主平面一致时所通过的光强； α：两偏振器主平面间的夹角。
1、采用电光效应实现的光偏振调制 电光效应指的是介质或晶体在电场作用下，其光学性质发生变
化的各种现象。电光效应方面主要以电致旋光效应、克尔效应和泡 克耳效应来获得光偏振 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。
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1、利用干涉现象实现光相位调制
图1.2.3-6 干涉调制原理
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三、光偏振调制 利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两
β B
Q
" [1
V c
(cos1
cos 2
)]
图1.2.3-16 多普勒频移
令 (1 2), (1 2) / 2 得：
" 2V cos sin 2V cos sin
c
2
2
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设一束散射光与另一束参考光的频率分别为ν+△ν和ν，到达光电 探测器表面的电场强度分别为：
E1 E01 cos[2 ( )t 1]
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为两束相互垂直相位相反的调制光。
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4、正弦波形调制器
如图所示是一种旋转叶片正弦调制器原理图
2h 2h
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二、光相位调制
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。
Z
E
1
2
3
4
5
1单色光源； 2透镜； 3起偏器； 4压电晶体； 5检偏器；
20
2、采用磁光效应实现的光偏振调制
磁光效应指的是介质或晶体在磁场作用下，其光学性 质发生变化的各种现象。目前在磁光效应方面，主要是利 用“法拉第”旋光效应和科登—穆顿效应来获得光偏振调 制。
（1）利用“法拉第”旋光效应产生光偏振调制
现象是指由于观测者和运动目标的相对运动，使观测者接收到的 光波频率产生变化的现象。
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S
P
θ1
α
θ2
ν
β
B
Q
图1.2.3-16 多普勒频移
23
光源S发出频率为ν的光，P观测到的频率为：
'
1 V 2
(1
V c
cos1 )
c2
S
" '
1 V 2 c2
/(1 V c
cos 2 )
P
θ1
α
θ2
ν
则近似地求双重多普勒频移表达式为：
第一章 光电信息技术物理基础
第二节 光学基础
1
1.2.3 光调制
• 光电转换器件：是指把光能（可见光或不可见光）的 变化转换为电量（电阻、电流、电压等）变化的器件。
• 光电传感器：用一个或几个光电器件把欲测的物理量 （长度、宽度、直径、压力、转矩、温度、溶液浓度等） 转换成电量的装置。
• 光电测控系统：是指包含光电传感器的测控系统。
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。
4
1、调制盘（斩波器） 在圆形板上由透明和不透明的扇形区构成。
图1.2.3-1a 调制盘
当盘旋转时，通过盘的光脉冲周期性的变化，光脉冲的形
状决定于扇形尺寸和光源在盘上的像的大小和形状。
“法拉第”旋光效应指的是某些物质在磁场的作用下 ，能使通过该物质的偏振光振动面产生旋转的现象。
P1
线圈
P2 J
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四、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。
1、频率调制 光的频率调制，主要是指光学多普勒频移。光学中的多普勒
+
E
12
3
4–
5
1：单色光源；2：透镜； 3：起偏器；4：克尔电容器；5：检偏器；
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（3）利用泡克耳效应的光偏振调制
如图所示，在起偏器3和检偏器5之间放置压电晶体磷酸二 氢钾（KDP）晶体2，光沿着晶体光轴Z的方向进入晶体是不会 分成两束的。但如果沿着光轴的方向加上电场，则光线就被分 成两束光，这一现象就叫做泡克耳效应。
i(t) BE 2
对上式作三角变换，略去光学频率项，因为在检测器输出
中不能观察到此频率，所以检测器输出光信号为
i(t)
1 2
B(E
2 01
E
2 02
)
BE 01E02
cos(2t
1
2
)
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2、波长调制 （1）利用热色物质的颜色变化进行波长调制
图1.2.3-17 热色物质颜色变化的波长调制
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（3）利用黑体辐射进行波长调制
图1.2.3-20 滤光器参数变化的波长调制
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（1）利用电致旋光效应的光偏振调制
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1：光源；2：准直镜； 3：起偏器；4：石英晶体；5：检偏器；
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（2）利用克尔效应的光偏振调制
克尔效应指的是某些各向同性的介质在电场的作用下变成各 向异性，光束通过将会产生双折射现象。
双折射现象：入射光正入射到晶体的表面，发现光束分解成 两束，一束在晶体中沿原来的方向传播，叫寻常光(简称o光)，另 一束偏离了原来的方向，叫非常光(简称e光)。但当光线沿着晶体 的光轴传播时，o光和e光不分开。