הצמדה אופטית

הגדרת מודולציה אופטית

מודולציה אופטית מתארת תהליך של שינוי גל אור בהתאם לאות חשמלי ב requency גבוהה המכיל מידע. הגלים האוריים המותאמים מועברים לאחר מכן דרך חומר שקוף או באמצעות כבל סיב אופטי.

באופן יותר מדוייק, מודולציה אופטית יכולה להוגדר כהמרה של אות חשמלי המכיל מידע לסימן אור המתאים לו. המרה זו מאפשרת העברת נתונים מרחקים ארוכים בהישג גבוה.

ביסודו של דבר, קיימות שתי שיטות שונות למודולציה של אותות אופטיים, המסווגות כדלקמן:

מודולציה ישירה

כפי שמתייחס השם, מודולציה ישירה היא טכניקה שבה המידע המיועד להעברה מוטל ישירות על זרם האור הנפלט מהמקור. בשיטה זו, זרם הנעה של מקור האור, בדרך כלל לייזר, משתנה בהתאם לאות החשמלי של המידע. שינוי ישיר זה של הזרם יוצר שינוי מתאימה בסימן הכוח האופטי, ומבטל את הצורך במודולטורים אופטיים נפרדים כדי למודול את הסימן האופטי.

עם זאת, לשיטת מודולציה זו יש חסרונות משמעותיים. אלה קשורים בעיקר לזמן החיים של הנושאים של פליטה ספונטנית ומושרית, כמו גם לזמן החיים של הפוטונים של מקור האור. כאשר משתמשים במשדר לייזר למודולציה ישירה, הלייזר מתנתק ומתחבר בתגובה לאות החשמלי או לזרם הנעה. במהלך תהליך זה, רוחב קו הלייזר נוטה להתפשט, תופעה המכונה צרצור. הרחבת רוחב הקו של הלייזר מגבילה בצורה חמורה את היישום של מודולציה ישירה, והופכת אותה לא מתאימה לתיעוד נתונים המגיעים מעל 2.5 Gbps.

מודולציה חיצונית

בניגוד לכך, מודולציה חיצונית משתמשת במודולטורים אופטיים מוקדמים כדי לשנות אותות אופטיים ולהשתנות מאפייניהם. טכניקה זו מתאימה במיוחד למודולציה של אותות עם קצב נתונים העולה על 10 Gbps. בעוד שהיא מצטיינת בעיבוד נתונים במהירות גבוהה, אין צורך להשתמש במודולציה חיצונית רק עבור אותות עם קצב נתונים גבוה; ניתן ליישמה גם בסצériות אחרות.

התמונה הבאה ממחישה את מנגנון ההפעלה של מודולטור חיצוני, ומבליטה כיצד הוא מתנהג עם הסימן האופטי כדי להשיג את המודולציה הרצויה.

פרטי מודולציה חיצונית

במתקן מודולציה חיצוני, המרכיב הראשון הוא מקור האור, בדרך כלל דיודה לייזר. אחרי דיודה הלייזר,发挥作用的外部调制器电路。该电路根据传入的电信号修改光源发出的光波。 激光二极管产生一个恒定幅度的光信号。因此，不是改变光信号的幅度，电信号影响光输出的功率水平。结果，在调制器的输出端，产生了一个随时间变化的光信号，有效地携带了电输入中的信息。 需要注意的是，外部调制器的电路可以有两种设计方式。它可以与光源集成在一起，形成更加紧凑和简化的解决方案。或者，它可以作为一个独立的设备运行，为系统设计和集成提供灵活性。 光学调制器是外部调制过程的核心，主要可以分为两大类： 电光相位调制器 也称为马赫-曾德尔调制器，这种类型的光学调制器主要使用铌酸锂作为其基本材料。铌酸锂的独特性质使其能够基于电信号精确操纵光信号。下图展示了电光外部调制器的工作机制，详细说明了它如何通过电气和光学组件之间的相互作用来修改光信号。 电光相位调制器工作原理 在电光相位调制器中，分束器和合束器在操纵光波中起着关键作用。当光信号进入调制器时，分束器将光束分成两等份，分别沿着不同的路径传播。随后，施加的电信号改变其中一个路径上光束的相位。 经过各自的路径后，两束光波到达合束器，在那里重新组合。这种重新组合可以以两种方式进行：建设性或破坏性。当建设性重组发生时，组合后的光波互相加强，导致调制器输出端出现明亮的光波，如脉冲1所示。相反，在破坏性重组期间，光束的两半相互抵消，导致在输出端检测不到光信号，这由脉冲0表示。 电吸收调制器 电吸收调制器主要由磷化铟制成。在这种类型的调制器中，携带信息的电信号改变了光通过的材料的特性。根据这些特性的变化，输出端生成脉冲1或0。 值得注意的是，电吸收调制器可以与激光二极管集成，并封装在一个标准的蝴蝶封装中。这种集成设计具有显著的优势。通过将调制器和激光二极管结合成一个单元，它减少了设备的整体空间需求。此外，与使用单独的激光源和调制器电路相比，它优化了功耗并降低了电压要求，从而为各种光通信应用提供了更紧凑、高效和实用的解决方案。