Optiskā modulācija

Optiskās modulācijas definīcija

Optiskā modulācija attiecas uz gaismaskaites maiņu atbilstoši augstfrekvenčam elektriskajam signālam, kas nes informāciju. Modificētās gaismaskaites tika pārraidītas vai nu caur caurspīdīgu vidu, vai arī caur optisko kabeļu.

Precīzāk runājot, optiskā modulācija var tikt definēta kā informāciju nesēja elektriskā signāla pārveidošana atbilstošā gaismas signālā. Šis pārveidojums ļauj efektīvu datu pārraidīšanu garām attālumiem ar augstu precizitāti.

Funkcionāli pastāv divi atsevišķi pieejas veidi optisko signālu modulācijai, kuri tiek kategorizēti šādi:

Tiešā modulācija

Kā nosaukums liecina, tiešā modulācija ir tehnika, kurā informācija, kas paredzēta pārraidīšanai, tiek tieši superpozēta uz gaismaskati, ko izdod avots. Šajā pieejā gaismavides, parasti lazers, pārvadājamais strāva tiek tieši mainīts saskaņā ar elektrisko informācijas signālu. Šis tiešais strāvas maiņa radīs atbilstošu maiņu optiskajā spēka signālā, bez nepieciešamības izmantot atsevišķus optiskos modulatorus, lai modulētu optisko signālu.

Tomēr šai modulācijas tehnikai ir nozīmīgi trūkumi. Tie galvenokārt saistīti ar spontānās un stimulētās emisijas nosūtnu dzīveslaiku, kā arī ar fotonu dzīveslaiku gaismavides. Izmantojot lazertransmiteri tiešai modulācijai, lazers ieslēdzas un izslēdzas reaģējot uz elektrisko signālu vai pārvadājamo strāvu. Šajā procesā lazerlīnijas platums tendējošs paplašināties, fenomens, kas pazīstams kā chirps. Šis lazerlīnijas platuma paplašināšanās smagi ierobežo tiešās modulācijas pielietojumu, padarot to nepiemērotu datu rādītājiem, kas pārsniedz 2,5 Gbps.

Ārējā modulācija

Sastarpē, ārējā modulācija izmanto specifiskus optiskos modulatorus, lai modificētu optiskos signālus un mainītu to raksturojumus. Šī tehnika ir īpaši piemērota signālu modulācijai ar datu rādītājiem, kas pārsniedz 10 Gbps. Lai arī tā izcili apstrādā augsto ātrumu datus, nav stingra prasība izmantot ārējo modulāciju tikai augsta datu rādītāja signāliem; to var izmantot arī citās situācijās.

Nākamā figūra ilustrē ārējā modulatora darbības mehānismu, uzsvērta, kā tas interakcijā ar optisko signālu sasniedz vēlamo modulāciju.

Ārējās modulācijas detaļas

Ārējās modulācijas iekārtā pirmā komponente ir gaismavide, parasti lazerdiods. Pēc lazerdioda sekos optiskās modulācijas shēma. Šī shēma modificē gaismaskati, ko izdod avots, atbilstoši ieplūstošajam elektriskajam signālam.

Lazerdiods ģenerē optisku signālu ar nemainīgu amplitūdu. Tā rezultātā, nevis mainot optiskā signāla amplitūdu, elektriskais signāls ietekmē optiskā izvades jaudas līmeni. Tādējādi, modulatora izvadē tiek ģenerēts laika mainīgs optisks signāls, efektīvi nesot informāciju, kas kodēta elektriskajā ievadā.

Jāatzīmē, ka ārējās modulācijas shēmas var tikt izstrādātas divos veidos. To var integrēt ar optisko avotu, radot kompaktpākā un vienkāršāko risinājumu. Alternatīvi, to var darboties kā atsevišķa, neatkarīga ierīce, piedāvājot elastību sistēmas dizaina un integrācijas ziņā.

Optiskie modulatori, kas ir centrāli ārējās modulācijas procesā, var būt plaši klasificēti divos galvenajos veidos:

Elektro-optiskais fāzes modulators

Arī pazīstams kā Maka-Zehndera modulators, šis veids no optiskajiem modulatoriem tiek galvenokārt konstruēts, izmantojot lietijsniobātu kā pamata materiālu. Lietijsniobātas unikālie īpašības ļauj precīzu optisko signālu manipulāciju balstoties uz elektriskajiem ievadiem. Nākamā figūra ilustrē elektro-optisko ārējo modulatora darbības mehānismu, detalizēti aprakstot, kā tas modificē optisko signālu starp elektriskajiem un optiskajiem komponentiem.

Elektro-optiskā fāzes modulatora darbība

Elektro-optiskajā fāzes modulatorā stari sadalītājs un stars savienotājs spēlē būtisku lomu gaismaskatu manipulācijā. Kad optiskais signāls ienāk modulatorā, stars sadalītājs sadala gaisma stari divās vienādās daļās, virzot katru pusi pa atsevišķu ceļu. Tālāk, piemērots elektriskais signāls maina gaisma stara fāzi, kas dodas pa vienu no šiem ceļiem.

Pēc ceļa izbraukšanas abas gaismaskates sasniedz stars savienotāju, kur tās atkal savienojas. Šī savienošanās var notikt divos veidos: konstruktīvi vai destruktīvi. Kad notiek konstruktīva savienošanās, savienotās gaismaskates sekmē viena otru, radot spilgtu gaismaskati modulatora izvadē, kas attēlotā kā impuls 1. Savukārt, destruktīvās savienošanās gadījumā abas gaismaskates daļas anulē viena otru, neveidojot nekādu gaismas signālu izvadē, kas norādīts kā impuls 0.

Elektro-absorbcijas modulators

Elektro-absorbcijas modulators tiek galvenokārt izgatavots no indija fosfīda. Šāda veida modulatorā, elektriskais signāls, kas nes informāciju, maina materiāla, caur kuru gaismas plūst, īpašības. Atkarībā no šiem īpašību mainījumiem, izvadē tiek ģenerēts vai impuls 1, vai 0.

Jāatzīmē, ka elektro-absorbcijas modulators var tikt integrēts ar lazerdiodu un ielikt standarta pavaru formā. Šis integrētais dizains piedāvā nozīmīgas priekšrocības. Kombinējot modulatoru un lazerdiodu vienā vienībā, tā samazina kopējos ierīces telpas prasības. Turklāt, tā optimizē enerģijas patēriņu un samazina voltāžas prasības salīdzinājumā ar atsevišķu lazeravides un modulatora shēmas izmantošanu, padarot to par kompaktāku, efektīvāku un praktiskāku risinājumu dažādām optiskās komunikācijas aplikācijām.