Optilineaarne modulatsioon

Valgusmodulatsiooni määratlus

Valgusmodulatsioon viitab valguslaine muutmisele vastavalt kõrge sagedusega elektrilisele signaalile, mis sisaldab teavet. Muudetud valguslained edastatakse seejärel kas läbipaistva keskkonna või optilise kaabe kaudu.

Ümberlülitatuna tähendab valgusmodulatsioon informatsiooniga laetud elektrilise signaali teisendamist vastavasse valgussignaalisse. See teisendus võimaldab andmete tõhusat edastamist pikkade vahemike kaudu suure täpsusega.

Põhiline on, et valgussignaalide modulatsioonil on kaks erinevat lähenemist, mis on järgmiselt kategooriseeritud:

Otsene modulatsioon

Nime järgi otsene modulatsioon on meetod, kus edastamiseks mõeldud teave pannakse otse valgusvoolu, mida allikas väljastab. Selle lähenemise juures muutub valgusallika, tavaliselt laseri, juhtimisvool otse vastavalt elektrilisele teavet sisaldavale signaalile. See otsene voolu muutmine tekitab vastava muutuse optilises võimsuses, vältides vajadust eraldi optiliste modulaatorite järele, et moduleerida optilist signaali.

See modulatsioonitehnika omab aga olulisi puudusi. Need on peamiselt seotud spontaansete ja stimuleeritud emissioonide tööaja ning valgusallika fotonide tööajaga. Otsese modulatsiooni kasutamisel lasertransmitter lülitub sisse ja välja vastavalt elektrilisele signaalile või juhtimisvoolule. Sel ajal tendeerib laseri laiendus laienduma, see nähtus on tuntud kui chirp. Laseri laienduse laiendamine piirab otsese modulatsiooni rakendamist, muutes selle sobimatu üle 2,5 Gbps andmepidega.

Välise modulatsioon

Vastupidiselt otsesele modulatsioonile kasutab välise modulatsioon spetsiaalseid optilisi modulaatoreid, et muuta optilisi signaale ja nende omadusi. See tehnik on eriti sobiv signaalide modulatsiooniks, mille andmepide ületavad 10 Gbps. Kuigi see väljendub kiirete andmetega, ei ole vaja kasutada väliseid modulaatoreid ainult kõrge andmepidega signaalide korral; seda saab kasutada ka muudes stsenaariumides.

Järgnev joonis illustreerib välise modulaatori toimimismeetodit, rõhutades, kuidas see suhtleb optilise signaali kaudu, et saavutada soovitud modulatsioon.

Välise modulatsiooni üksikasjad

Välise modulatsiooni paigutuses on esimene komponent valgusallikas, tavaliselt lazerdiode. Lazerdiode järel tuleb välja optiline modulaatori tsükkel. See tsükkel muudab allikast väljastatud valguslaine vastavalt sisse tulnud elektrilisele signaalile.

Lazerdiode genereerib optilise signaali konstantse amplituudiga. Seega, asemel, et muuta optilise signaali amplituudi, mõjutab elektrilised signaal optilise väljundvoima tasemeid. Tulemuseks on aja jooksul muutuv optiline signaal, mis efektiivselt kandab endas sisse tulnud elektrilise sisendi kooditud teavet.

Oluline on märkida, et välise modulaatori tsükli saab disainida kahe moodi. See võib olla integreeritud optilise allikaga, loodes kompaktsed ja lihtsamad lahendused. Võib-olla see töötab ka eraldi, iseseisval seadmena, pakkudes paindlikkust süsteemi disaini ja integreerimiseks.

Optilised modulaatorid, mis on kesksed välise modulatsiooni protsessi, võidakse laialdaselt kategoriseerida kahesuguseks:

Elektro-optiline faasimodulaator

Tuntud ka kui Mach-Zehnderi modulaator, see tüüp optilistest modulaatoritest on peamiselt ehitatud lütiumniobia abil kui oma põhiline materjal. Lütiumniobia unikaalsed omadused võimaldavad optilise signaali täpset manipuleerimist elektriliste sisendite alusel. Järgnev joonis illustreerib elektro-optilise välise modulaatori toimimismeetodit, kirjeldades, kuidas see muudab optilist signaali elektriliste ja optiliste komponentide vahelise suhtlemise kaudu.

Elektro-optiline faasimodulaatori toimimine

Elektro-optilises faasimodulaatoris mängivad olulist rolli valguskiirde ja -ühendaja. Kui optiline signaal sisse tuleb modulaatori, jagab valguskiirde valguslange kaheks võrdseks osaks, suunates igat poolikut erinevalt tee peal. Seejärel muudab rakendatud elektriline signaal ühe tee peal liikuva valguslange faasi.

Kui need kaks valguslange on läinud oma vastavate marsruudide kaudu, jõuavad nad valgusühendaja juurde, kus neid taasühendatakse. See taasühendamine võib toimuda kahel viisil: konstruktiivselt või destruktiivselt. Kui toimub konstruktiivne taasühendamine, siis kombinatsioonilised valguslanged toetavad üksteist, toodates heleda valguslangu modulaatori väljundina, nagu pulss 1 näitab. Vastupidi, destruktiivsel taasühendamisel kaevutavad kaks valguslanged üksteist välja, tulemusena ei registreerita väljundil mingit valgussignaali, mis on näidatud pulssiga 0.

Elektro-absorptioonimodulaator

Elektro-absorptioonimodulaator on peamiselt toodetud indiumfosfiidist. Sellises modulaatoris muudab elektriline signaal, mis sisaldab teavet, materiaali omadusi, kuhu valgus levib. Sõltuvalt nende omaduste muutustest genereeritakse väljundil kas pulss 1 või 0.

Märkimisväärne on, et elektro-absorptioonimodulaatorit saab integreerida lazerdiodega ja selle kokku panema standardse tiibapaketi sisse. See integreeritud disain pakub olulisi eeliseid. Kombineerides modulaatori ja lazerdiode üheks üksuseks, vähendatakse seadme üldist ruumivajadust. Lisaks optimiseeritakse energiatarvet ja vähendatakse pingevajadust, võrreldes eraldi lazeerallikaga ja modulaatori tsükliga, muutes selle kompaktsemaks, tõhusamaks ja praktikamaks lahenduseks mitmesugute optiliste kommunikatsioonirakenduste jaoks.