Оптичка модулација

Дефиниција на оптичката модулација

Оптичката модулација се однесува на процесот на менување на светлинскиот талас во согласност со високочестотен електричен сигнал кој носи информации. Модифицираните светлински таласи потоа се пренесуваат или преку прозрачна средина или преку оптички кабел.

Погледнато по прецизно, оптичката модулација може да се дефинира како конверзија на електричен сигнал со информација во соодветен светлински сигнал. Оваа трансформација овозможува ефикасната пренос на податоци на големи растојанија со висока веродостојност.

Фундаментално, постојат две различни пристапи за модулација на оптичките сигнали, кои се категоризирани како:

Директна модулација

Како што името го предразбира, директната модулација е техника каде што информации наменети за пренос се директно надградени врз светлинскиот поток испуштен од изворот. Во овој пристап, рабочиот стрuja на светлинскиот извор, типично лазер, се директно варира во согласност со електричниот информативен сигнал. Оваа директна промена на стрujата генерира соодветна промена во оптичката моќ, елиминирајќи потребата од посебни оптички модулатори за модулација на оптичкиот сигнал.

Меѓутоа, оваа модулационска техника има значајни недостатоци. Овие се главно поврзани со временските периоди на спонтаната и стимулираната емисија, како и со фотонското време на живот на светлинскиот извор. Кога се користи лазерен преносувач за директна модулација, лазерот се вклучува и исклучува во одговор на електричниот сигнал или рабочата стрuja. Токму во овој процес, ширината на лазерот има тенденција да се зголеми, феномен познат како чирп. Ова проширување на ширината на лазерот сериозно ограничува примената на директната модулација, правејќи ја несоодветна за брзини на податоци над 2,5 Гбит/сек.

Екстерна модулација

На спротивно, екстерната модулација користи специјализирани оптички модулатори за модификација на оптичките сигнали и промена на нивните карактеристики. Оваа техника е особено соодветна за модулација на сигнали со брзини на податоци над 10 Гбит/сек. Иако изузетно се справува со брзи податоци, нема стриктна потреба да се користи екстерна модулација само за сигнали со високи брзини на податоци; може да се применува и во други ситуации.

Следната слика илустрира оперативниот механизам на екстерниот модулатор, истичајќи како тој интерагира со оптичкиот сигнал за постигнување на желаната модулација.

Детали за екстерната модулација

Во екстерната модулационска постава, првиот компонент е светлинскиот извор, типично лазер диод. Постојано следејќи лазер диод, оптичкиот модулаторски цеп влегува во акција. Овој цеп модифицира светлинскиот талас испуштен од изворот во согласност со донасен електричен сигнал.

Лазер диодот генерира оптичен сигнал со константна амплитуда. Како резултат, наместо да се менува амплитудата на оптичкиот сигнал, електричниот сигнал влијае на нивото на моќта на оптичката излез. Како резултат, на излезот од модулаторот, се произведува временски варирајќи оптичен сигнал, ефективно носејќи информации кодирана во електричниот вход.

Важно е да се забележи дека колата на екстерниот модулатор може да се дизајнира на два начини. Може да се интегрира со оптичкиот извор, создавајќи по компактна и оптимизирана решенија. На спротивно, може да функционира како посебен, самостоен уред, што овозможува флексибилност во дизајнот и интеграцијата на системот.

Оптичките модулатори, кои се централни за екстерната модулација, може да се класифицираат на две главни типови:

Електро-оптички фазен модулатор

Известен и како Мах-Цехнер модулатор, овој тип оптички модулатор е главно конструиран со користење на литиум ниобат како основен материјал. Уникатните својства на литиум ниобат дозволуваат прецизна манипулација на оптичкиот сигнал базиран на електрични входи. Следната слика илустрира оперативниот механизам на електро-оптички екстерен модулатор, детаилно прикажувајќи како тој го модифицира оптичкиот сигнал преку интеракцијата помеѓу електрични и оптички компоненти.

Функционирање на електро-оптички фазен модулатор

Во електро-оптичкиот фазен модулатор, делителот на талас и комбинаторот на талас играат важна улога во манипулацијата на светлинските таласи. Кога оптичкиот сигнал влегува во модулаторот, делителот на талас го дели светлинскиот талас на две еднакви дела, насочувајќи секоја половина по различен пат. Подоцна, применетиот електричен сигнал го менува фазата на светлинскиот талас кој се движи по еден од овие патишта.

После преминувањето низ нивните респективни патишта, двата светлински таласи стигнуваат до комбинаторот на талас, каде што се ре kombiniraat. Оваа ре kombinacija може да се случи на два начини: конструктивно или деструктивно. Кога се случува конструктивна рекомбинација, комбинирани светлински таласи се подобриваат, резултирајќи со светло талас на излезот од модулаторот, како што е представено со импулс 1. Насупроти тоа, токму во деструктивната рекомбинација, двете половини на светлинскиот талас се отменуваат, доведувајќи до тоа дека на излезот не се детектира светлински сигнал, што е индикирано со импулс 0.

Електро-апсорпција модулатор

Електро-апсорпција модулатор е главно направен од индиум фосфид. Во овој тип модулатор, електричниот сигнал со информации ги менува својствата на материјалот кроз кој светлината се движи. В зависност од овие промени на својства, или импулс 1 или 0 се генерираат на излезот.

Забелешка, электро-апсорпција модулаторот може да се интегрира со лазер диод и да се затвори во стандарден бабац пакет. Овој интегриран дизајн нуди значајни предности. Комбинирајќи модулаторот и лазер диодот во една јединица, се намалуваат општите просторни потреби на уредот. Додека, оптимизира се потрошуването на моќ и намалуваат се напонските барања во споредба со користењето на посебен лазер извор и модулаторска кола, што го прави по компактен, ефикасен и практичниот решенија за различни оптички комуникациони применувања.