Optiese Modulasie

Definisie van Optiese Modulasie

Optiese modulasie verwys na die proses van verandering van 'n liggolwe in ooreenstemming met 'n hoëfrekwensie-elektriese sein wat inligting dra. Die gewysigde liggolwe word daarna óf deur 'n transparante medium óf via 'n optiese vezelkabel oorgedra.

Pleksieser kan optiese modulasie gedefinieer word as die omskakeling van 'n inligting-belaaide elektriese sein na 'n ooreenkomstige lighydse sein. Hierdie transformasie maak die doeltreffende oordrag van data oor groot afstande met hoë trou vas moontlik.

Fundamenteel gesproke, is daar twee onderskeidelike benaderings tot die modulasie van optiese seinne, wat as volg geklassifiseer word:

Direkte Modulasie

Soos die naam impliseer, is direkte modulasie 'n tegniek waar die inligting wat oorgedra moet word, direk op die ligtroom van die bronn superposeer word. In hierdie benadering word die drywingsstroombaan van die ligbron, tipies 'n laser, direk varieer in ooreenstemming met die elektriese inligtingssein. Hierdie direkte verandering van die stroombaan genereer 'n ooreenkomstige verandering in die optiese kragsein, wat die noodsaaklikheid vir aparte optiese modulators om die optiese sein te moduleer, elimineer.

Hierdie modulasiemetode het egter beduidende nadele. Hierdie nadele is hoofsaaklik verwant aan die dragerleeftye van spontane en gestimuleerde emissie, sowel as die fotonleeftyd van die ligbron. Wanneer 'n laserverstuurder vir direkte modulasie gebruik word, skakel die laser aan en af in reaksie op die elektriese sein of drywingsstroombaan. Tydens hierdie proses neig die laserlynbreedte om te verbreed, 'n verskynsel bekend as chirp. Hierdie verbreding van die laserlynbreedte beperk die toepassing van direkte modulasie ernstig, wat dit ongeeindig vir datatempo's wat 2,5 Gbps oorskry.

Eksterne Modulasie

Inteendeel, eksterne modulasie maak gebruik van spesifieke optiese modulators om optiese seinne te wysig en hul eienskappe te verander. Hierdie tegniek is veral goed geskik vir die modulasie van seinne met datatempo's wat 10 Gbps oorskry. Alhoewel dit uitmun in die hanteer van hoëspoeddata, is daar geen streng vereiste om slegs eksterne modulasie vir hoë-data-koers-seinne te gebruik nie; dit kan ook in ander situasies toegepas word.

Die volgende figuur illustreer die operasionele mekanisme van 'n eksterne modulator, wat wys hoe dit interakteer met die optiese sein om die gewenste modulasie te bereik.

Eksterne Modulasie Besonderhede

In die eksterne modulasie-opset is die eerste komponent die ligbron, tipies 'n laserdiode. Na die laserdiode speel 'n optiese modulator-sirkuit 'n rol. Hierdie sirkuit wysig die liggolf wat deur die bronn uitgestuur word, in ooreenstemming met die inspringende elektriese sein.

Die laserdiode genereer 'n optiese sein met 'n konstante amplituut. Gevolglik, in plaas van die amplituut van die optiese sein te verander, beïnvloed die elektriese sein die kragvlak van die optiese uitset. As gevolg hiervan word 'n tydveranderlike optiese sein by die uitset van die modulator geproduseer, wat effektief die inligting ingekodeer in die elektriese inset dra.

Het is belangrik om te let weet dat die sirkuitry van die eksterne modulator op twee maniere ontwerp kan word. Dit kan geïntegreer word met die optiese bronn, wat 'n meer kompak en stroomlynige oplossing skep. Alternatiewelik, kan dit funksioneer as 'n aparte, selfstandige toestel, wat buigsamheid in stelselontwerp en integrasie bied.

Optiese modulators, wat sentraal is aan die eksterne modulasieproses, kan in twee hooftipes geklassifiseer word:

Elektro-Optiese Fase Modulator

Ook bekend as die Mach-Zehnder Modulator, word hierdie tipe optiese modulator hoofsaaklik vervaardig deur litium niobaat as sy grondmateriaal te gebruik. Die unieke eienskappe van litium niobaat maak presiese manipulasie van die optiese sein op grond van elektriese insette moontlik. Die volgende figuur illustreer die operasionele mekanisme van 'n elektro-optiese eksterne modulator, wat detail hoe dit die optiese sein wysig deur die interaksie tussen elektriese en optiese komponente.

Operasie van Elektro-Optiese Fase Modulator

In die elektro-optiese fase modulator speel 'n straalversplitser en 'n straal-kombiner belangrike rolle in die manipulasie van liggolwe. Wanneer 'n optiese sein die modulator binnegaan, verdeel die straalversplitser die liggolf in twee gelyke dele, elke helfte langs 'n verskillende pad rig. Daarna verander 'n toegepaste elektriese sein die fase van die liggolf wat een van hierdie pade beweeg.

Na die oorskry van hul onderskeie roete, bereik die twee liggolwe die straal-kombiner, waar hulle weer saamsmelt. Hierdie samensmelting kan op twee maniere plaasvind: konstruktief of destruktief. Wanneer konstruktiewe herkombinasie plaasvind, versterk die gekombineerde liggolwe mekaar, wat lei tot 'n helder liggolf by die uitset van die modulator, soos verteenwoordig deur puls 1. Inteendeel, tydens destruktiewe herkombinasie kanselleer die twee helftes van die liggolf mekaar uit, wat lei tot geen liggolf wat by die uitset gedetecteer word, wat aangedui word deur puls 0.

Elektro-Absorpsie Modulator

Die elektro-absorpsie modulator word hoofsaaklik vervaardig uit indium fosfiad. In hierdie tipe modulator verander die elektriese sein wat inligting dra, die eienskappe van die materiaal waardoor lig beweeg. Afhangende van hierdie veranderinge in eienskappe, word óf puls 1 óf 0 by die uitset gegenereer.

Belangrik is dat die elektro-absorpsie modulator geïntegreer kan word met 'n laserdiode en binne 'n standaard vlinderpakket ingesluit kan word. Hierdie geïntegreerde ontwerp bied beduidende voordele. Deur die modulator en laserdiode in 'n enkele eenheid te kombinere, verminder dit die algehele ruimtebehoeftes van die toestel. Daarbenewens optimaliseer dit kragverbruik en verlaag spanningbehoeftes in vergelyking met die gebruik van 'n aparte lasersource en modulator-sirkuit, wat dit 'n meer kompak, doeltreffende en praktiese oplossing maak vir verskeie optiese kommunikasietoepassings.