Modulación óptica
Definición de Modulación Óptica
A modulación óptica refírese ao proceso de alterar unha onda de luz de acordo cunha sinal eléctrica de alta frecuencia que transporta información. As ondas de luz modificadas son transmitidas posteriormente a través dun medio transparente ou por cable de fibra óptica.
De xeito máis preciso, a modulación óptica pode definirse como a conversión dunha sinal eléctrica cargada de información nunha sinal de luz correspondente. Esta transformación permite a transmisión eficiente de datos a lonxas distancias con alta fidelidade.
Fundamentalmente, hai dúas aproximacións distintas para modular sinais ópticos, que se categorizan do seguinte modo:
Modulación Directa
Como o nome indica, a modulación directa é unha técnica na que a información destinada a ser transmitida se superpone directamente sobre o fluxo de luz emitido pola fonte. Nesta aproximación, a corrente de alimentación da fonte de luz, xeralmente un láser, varía directamente de acordo coa sinal eléctrica de información. Esta alteración directa da corrente xera un cambio correspondente no sinal de potencia óptica, eliminando a necesidade de moduladores ópticos separados para modular o sinal óptico.
No entanto, esta técnica de modulación ten significativos inconvenentes. Estes están principalmente relacionados cos tempos de vida dos portadores de emisión espontánea e estimulada, así como co tempo de vida dos fotóns da fonte de luz. Cando se usa un transmisor de láser para modulación directa, o láser encéndese e apágase en resposta ao sinal eléctrico ou á corrente de alimentación. Durante este proceso, a anchura de banda do láser tende a ampliarse, un fenómeno coñecido como chirp. Esta ampliación da anchura de banda do láser limita severamente a aplicación da modulación directa, facéndola inapropiada para taxas de datos superiores a 2,5 Gbps.
Modulación Externa
En contraste, a modulación externa emprega moduladores ópticos dedicados para modificar os sinais ópticos e alterar as súas características. Esta técnica é particularmente adecuada para modular sinais con taxas de datos superiores a 10 Gbps. Aínda que destaca na xestión de datos de alta velocidade, non hai un requisito estrito de usar só modulación externa para sinais de alta taxa de datos; tamén pode aplicarse en outros escenarios.
A figura seguinte ilustra o mecanismo operativo dun modulador externo, destacando como interactúa co sinal óptico para lograr a modulación desexada.
Detalles da Modulación Externa
No sistema de modulación externa, o primeiro compoñente é a fonte de luz, xeralmente un diodo láser. Seguido do diodo láser, entra en xogo un circuito de modulador óptico. Este circuito modifica a onda de luz emitida pola fonte de acordo co sinal eléctrica entrante.
O diodo láser xera un sinal óptico con amplitud constante. En consecuencia, en lugar de alterar a amplitud do sinal óptico, o sinal eléctrica inflúe no nivel de potencia da saída óptica. Como resultado, na saída do modulador, produce un sinal óptico variante no tempo, transportando eficazmente a información codificada no sinal eléctrica de entrada.
É importante notar que a circuitería do modulador externo pode deseñarse de dúas maneiras. Pode integrarse coa fonte óptica, creando unha solución máis compacta e simplificada. Alternativamente, pode funcionar como un dispositivo separado e autónomo, ofrecendo flexibilidade no deseño e integración do sistema.
Os moduladores ópticos, que son centrais no proceso de modulación externa, poden clasificarse en dous tipos principais:
Modulador Fásico Electro-Óptico
Tamén coñecido como modulador Mach-Zehnder, este tipo de modulador óptico constrúese principalmente usando niobato de litiio como material fundamental. As propiedades únicas do niobato de litiio permiten a manipulación precisa do sinal óptico baseada nas entradas eléctricas. A figura seguinte ilustra o mecanismo operativo dun modulador electro-óptico externo, detallando como modifica o sinal óptico a través da interacción entre os componentes eléctricos e ópticos.
Funcionamento do Modulador Fásico Electro-Óptico
No modulador fásico electro-óptico, un divisor de feixes e un combinador de feixes xogan roles cruciais na manipulación das ondas de luz. Cando un sinal óptico entra no modulador, o divisor de feixes divide o feixe de luz en dúas partes iguais, dirixindo cada metade por unha ruta distinta. Posteriormente, un sinal eléctrico aplicado altera a fase do feixe de luz que viaxa por unha destas rutas.
Despois de percorrer as súas rutas respectivas, os dous feixes de luz chegan ao combinador de feixes, onde se recombínanse. Esta recombinação pode ocorrer de dúas maneiras: constructivamente ou destructivamente. Cando a recombinação é constructiva, os feixes de luz combinados reforzanse mutuamente, resultando nun feixe de luz brillante na saída do modulador, representado polo pulso 1. Por contra, durante a recombinação destructiva, as dúas metades do feixe de luz anúlanse mutuamente, levando a que non se detecte ningún sinal de luz na saída, indicado polo pulso 0.
Modulador de Absorción Electro-Óptica
O modulador de absorción electro-óptica fabricase principalmente a partir de fosfeto de índio. Neste tipo de modulador, o sinal eléctrica que transporta información modifica as propiedades do material a través do cal a luz se propaga. Dependendo destes cambios nas propiedades, xerárase ou o pulso 1 ou o 0 na saída.
Notablemente, o modulador de absorción electro-óptica pode integrarse cun diodo láser e encerrarse dentro dun paquete mariposa estándar. Este deseño integrado ofrece vantaxes significativas. Ao combinar o modulador e o diodo láser nunha única unidade, reducíronse os requisitos de espazo global do dispositivo. Ademais, optimízase o consumo de enerxía e rédanse as demandas de voltaxe en comparación co uso dunha fonte de láser e un circuito de modulador separados, facendo deste unha solución máis compacta, eficiente e práctica para varias aplicacións de comunicación óptica.
