Pagsasaling Optikal

Pahayag ng Optical Modulation

Ang optical modulation ay tumutukoy sa proseso ng pagbabago ng light wave ayon sa high-frequency electrical signal na nagdadala ng impormasyon. Ang mga binagong light waves ay pagkatapos ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang malinaw na medium o gamit ang optical fiber cable.

Mas tiyak pa, ang optical modulation ay maaaring ipaliwanag bilang pagbabago ng isang electrical signal na may impormasyon sa isang katugon na light signal. Ang pagbabago na ito ay nagbibigay-daan para sa epektibong pagpapadala ng datos sa mahabang layo nang may mataas na katotohanan.

Sa pundamental, mayroong dalawang iba't ibang paraan sa pag-modulate ng optical signals, na nakakategorya bilang sumusunod:

Direkta Modulation

Tulad ng inihahambing ng pangalan, ang direkta modulation ay isang teknik kung saan ang impormasyon na inilaan para sa pagpapadala ay direktang idinagdag sa light stream na inilalabas ng pinagmulan. Sa pamamaraang ito, ang driving current ng pinagmulan ng liwanag, karaniwang laser, ay direktang binabago ayon sa electrical information signal. Ang direktang pagbabago ng current na ito ay nagdudulot ng katugon na pagbabago sa optical power signal, na nagwawala ng pangangailangan para sa hiwalay na optical modulators upang i-modulate ang optical signal.

Gayunpaman, ang teknik ng modulation na ito ay may mahalagang mga kadahilanan. Ito ay pangunahing may kaugnayan sa carrier lifetimes ng spontaneous at stimulated emission, pati na rin ang photon lifetime ng pinagmulan ng liwanag. Kapag ginamit ang isang laser transmitter para sa direkta modulation, ang laser ay nagsiswitch on at off bilang tugon sa electrical signal o driving current. Sa prosesong ito, ang laser linewidth ay may tendensiyang lumaganap, isang phenomenon na kilala bilang chirp. Ang paglalaganap ng laser linewidth ay malubhang limita ang aplikasyon ng direkta modulation, na nagpapahina nito para sa data rates na lumampas sa 2.5 Gbps.

Panlabas Modulation

Sa kabilang dako, ang panlabas modulation ay gumagamit ng dedikadong optical modulators upang baguhin ang optical signals at alamin ang kanilang mga katangian. Ang teknik na ito ay partikular na angkop para sa pag-modulate ng mga signal na may data rates na lumampas sa 10 Gbps. Habang ito ay mahusay sa pag-handle ng high-speed data, walang mahigpit na pangangailangan na gamitin ang panlabas modulation lamang para sa high-data-rate signals; ito ay maaari ring ilapat sa iba pang mga scenario.

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng mekanismo ng operasyon ng isang panlabas na modulator, na nagbibigay-diin kung paano ito nakikipag-ugnayan sa optical signal upang makamit ang nais na modulation.

Mga Detalye ng Panlabas Modulation

Sa setup ng panlabas na modulation, ang unang komponente ay ang pinagmulan ng liwanag, karaniwang isang laser diode. Pagkatapos ng laser diode, ang optical modulator circuit ay nagsisimula. Ang circuit na ito ay binabago ang light wave na inilalabas ng pinagmulan ayon sa papasok na electrical signal.

Ang laser diode ay naggagawa ng isang optical signal na may constant amplitude. Bilang resulta, hindi ang amplitude ng optical signal ang binabago, kundi ang electrical signal ang nagsisilbing impluwensya sa power level ng optical output. Bilang resulta, sa output ng modulator, ang isang time-varying optical signal ay nililikha, na nagdadala ng impormasyon na naka-encode sa electrical input.

Mahalaga na tandaan na ang circuitry ng panlabas na modulator ay maaaring disenyo sa dalawang paraan. Maaari itong ma-integrate sa optical source, na nagpapabuo ng mas compact at streamlined na solusyon. Alternatibo, ito ay maaaring gumana bilang isang hiwalay, stand-alone na device, na nagbibigay ng flexibility sa system design at integration.

Ang optical modulators, na sentral sa proseso ng panlabas na modulation, ay maaaring higit na klasipika sa dalawang pangunahing uri:

Electro-Optical Phase Modulator

Kilala rin bilang Mach-Zehnder Modulator, ang uri ng optical modulator na ito ay pangunahing gawa sa lithium niobate bilang materyales nito. Ang natatanging katangian ng lithium niobate ay nagbibigay-daan para sa precise manipulation ng optical signal batay sa electrical inputs. Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng mekanismo ng operasyon ng isang electro-optical external modulator, na nagbibigay-diin kung paano ito binabago ang optical signal sa pamamagitan ng interaksiyon ng electrical at optical components.

Operasyon ng Electro-Optical Phase Modulator

Sa electro-optical phase modulator, ang beam splitter at beam combiner ay naglalaro ng mahalagang papel sa pag-manipulate ng light waves. Kapag pumasok ang isang optical signal sa modulator, ang beam splitter ay hinahati ang light beam sa dalawang pantay na bahagi, na nagpapadala ng bawat kalahati sa isang distinct path. Pagkatapos, ang isang inilapat na electric signal ay binabago ang phase ng light beam na dumadaan sa isa sa mga path na ito.

Pagkatapos magtraverse ng kanilang mga sariling ruta, ang dalawang light waves ay nararating sa beam combiner, kung saan sila nagrecombine. Ang recombination na ito ay maaaring mangyari sa dalawang paraan: constructively o destructively. Kapag constructive recombination ang nangyari, ang combined light waves ay nagpapatibay sa bawat isa, na nagreresulta sa isang bright light wave sa output ng modulator, tulad ng kinakatawan ng pulse 1. Sa kabilang banda, kapag destructive recombination, ang dalawang kalahati ng light beam ay nagcacancel sa bawat isa, na nagreresulta sa walang light signal na nadetect sa output, na ipinapakita ng pulse 0.

Electro-Absorption Modulator

Ang electro-absorption modulator ay pangunahing gawa sa indium phosphide. Sa uri ng modulator na ito, ang electrical signal na nagdadala ng impormasyon ay binabago ang katangian ng materyal kung saan ang liwanag ay umuusbong. Batay sa mga pagbabago ng katangian na ito, ang pulse 1 o 0 ang ginagawa sa output.

Narito, ang electro-absorption modulator ay maaaring ma-integrate sa isang laser diode at inilalapat sa loob ng standard butterfly package. Ang integrated design na ito ay nagbibigay ng mahalagang mga benepisyo. Sa pamamagitan ng pagsasama ng modulator at laser diode sa isang unit, ito ay nagbabawas ng kabuuang espasyo na kinakailangan ng device. Bukod dito, ito ay optimizes ang power consumption at bumababa sa voltage demands kumpara sa paggamit ng hiwalay na laser source at modulator circuit, kaya ito ay mas compact, efficient, at praktikal na solusyon para sa iba't ibang optical communication applications.