Pagsasaling Optikal

Pangungusap ng Optical Modulation

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

Mas tiyak, ang optical modulation ay maaaring ilarawan bilang ang pagbabago ng isang electrical signal na may impormasyon sa isang katugong light signal. Ang transformasyong ito ay nagbibigay-daan sa epektibong pagpadala ng data sa mahabang layo na may mataas na katumpakan.

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

Direct Modulation

Tulad ng inilalarawan ng pangalan, ang direct modulation ay isang teknik kung saan ang impormasyon na inilaan para sa pagpadala ay direktang inilapat sa light stream na inilalabas ng pinagmulan. Sa pamamaraang ito, ang driving current ng light source, karaniwang laser, ay direktang binabago ayon sa electrical information signal. Ang direktang pagbabago ng current na ito ay naglilikha ng katugong pagbabago sa optical power signal, na nagbibigay-daan sa hindi na kailangan ng hiwalay na optical modulators upang i-modulate ang optical signal.

Gayunpaman, ang teknik ng modulation na ito ay may mahahalagang mga hadlang. Ang mga ito ay pangunahing may kaugnayan sa carrier lifetimes ng spontaneous at stimulated emission, pati na rin ang photon lifetime ng light source. Kapag ginamit ang isang laser transmitter para sa direct 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 fenomeno na kilala bilang chirp. Ang paglalaganap ng laser linewidth ay lubhang limita ang aplikasyon ng direct modulation, nagbibigay-daan lamang ito na hindi angkop para sa data rates na lumampas sa 2.5 Gbps.

External Modulation

Sa kabilang banda, ang external 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 magaling sa pag-handle ng high-speed data, walang mahigpit na kinakailangan na gamitin ang external modulation para lamang sa high-data-rate signals; ito ay maaaring ilapat sa iba pang mga scenario din.

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

Mga Detalye ng External Modulation

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

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

Mahalagang tandaan na ang circuitry ng external modulator ay maaaring disenyo sa dalawang paraan. Ito ay maaaring i-integrate sa optical source, nagpapabuo ng isang mas compact at streamlined na solusyon. Alternatibo, ito ay maaaring gumana bilang isang hiwalay, stand-alone na device, nagbibigay ng flexibility sa sistema ng disenyo at integration.

Ang optical modulators, na sentral sa proseso ng external modulation, ay maaaring higit na ikategorya 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 sa maipagsabi na pag-manipulate ng optical signal batay sa electrical inputs. Ang sumusunod na larawan ay nagpapakita ng mekanismo ng operasyon ng isang electro-optical external modulator, nagbibigay-diin kung paano ito binabago ang optical signal sa pamamagitan ng interaksiyon sa pagitan ng electrical at optical components.

Operasyon ng Electro-Optical Phase Modulator

Sa electro-optical phase modulator, ang beam splitter at beam combiner ay may mahahalagang 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, pinagdirikit ang bawat bahagi sa isang iba't ibang ruta. Pagkatapos, ang isang inilapat na electric signal ay binabago ang phase ng light beam na lumalakad sa isa sa mga ruta na ito.

Pagkatapos lumakad sa kanilang mga sariling ruta, ang dalawang light waves ay nararating sa beam combiner, kung saan sila ay nirecombine. Ang recombination na ito ay maaaring mangyari sa dalawang paraan: constructively o destructively. Kapag nangyari ang constructive recombination, ang pinagsamang light waves ay nagpapatibay sa bawat isa, nagresulta sa isang matinding light wave sa output ng modulator, tulad ng ipinapakita ng pulse 1. Sa kabilang banda, kapag nangyari ang destructive recombination, ang dalawang bahagi ng light beam ay nagcacancel sa bawat isa, nagresulta 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 mga katangian ng materyales kung saan lumalakad ang light. Batay sa mga pagbabago ng mga katangian na ito, maaaring mabuo ang pulse 1 o 0 sa output.

Narito, ang electro-absorption modulator ay maaaring i-integrate sa isang laser diode at isinasara sa loob ng standard butterfly package. Ang integrated design na ito ay nagbibigay ng mahahalagang mga benepisyo. Sa pamamagitan ng pag-combine ng modulator at laser diode sa isang unit, ito ay binabawasan ang kabuuang espasyo na kailangan ng device. Bukod dito, ito ay optimizes ang power consumption at binababa ang voltage demands kumpara sa paggamit ng hiwalay na laser source at modulator circuit, nagbibigay-daan ito sa isang mas compact, efficient, at praktikal na solusyon para sa iba't ibang optical communication applications.