14. Модуляція оптичного випромінювання, методи модуляції, вимоги до модуляторів.

Модуляція оптичного випромінювання. Оптичний передавальний пристрій (ОПерП) містить випромінювач та електронні кола, що здійснюють модуляцію оптичного випромінювання. Прилади, які здійснюють управління оптичним випромінюванням у відповідності з параметрами сигналу, що передається, називаються модуляторами. У волоконно-оптичному зв’язку, як правило, використовується модуляція інтенсивності (потужності) оптичного випромінювання. згідно з формою вхідного електричного сигналу. Для видимого та ближнього інфрачервоного  оптичного діапазону (1 – 8)×10¹⁴ Гц принципово можливі смуги частот модуляції, які дорівнюють 10¹¹ – 10¹² Гц.

Існує два основних засоби модуляції оптичного випромінювання. Перший з них заснований на використанні джерела, в якому модуляція  випромінювання здійснюється в процесі його генерації. Така модуляція називається прямою, внутрішньою або безпосередньою, її прикладом є зміна потужності випромінювання напівпровідникового лазера або світлодіода зміною його струму накачування. Другий засіб – модуляція випромінювання  джерела спеціальним модулятором, встановленим на виході випромінювача. Така модуляція називається зовнішньою. На рис. 5.66 наведені схеми внутрішньої і зовнішньої модуляції.

В системах без оптичного мультиплексування використовується внутрішня модуляція оптичного випромінювання, в системах з щільним та надщільним оптичним  мультиплексуванням  іноді використовується зовнішня модуляція. У загальному випадку внутрішня модуляція, більш економічна, ніж зовнішня. При зовнішній модуляції спочатку необхідно отримати від джерела повну оптичну потужність, а після цього для формування сигналу більшу її частину загасити.

 

ДУС – джерело управляючого сигналу; ГСН – генератор струму накачування; ДОВ – джерело оптичного випромінювання; ОМ – оптичний  модулятор.

Рис.5.66 Схеми а) внутрішньої  та б) зовнішньої модуляції оптичного випромінювання

 

При внутрішній модуляції потужність, що випромінюється, регулюється у відповідності з струмом накачування управляючого сигналу. Цей вид модуляції простий, не вносить втрат в оптичний лінійний тракт, не вимагає складних приладів, застосовується не тільки до когерентного, але й до некогерентного випромінювання. Модулюючими можуть бути електричні сигнали будь якої форми. За своєю сутністю модуляція оптичного випромінювання є аналоговою, тобто огинаюча оптичного сигналу повністю відтворює форму модулюючого електричного сигналу (рис.5.67).

 

 

Рис.5.67 Часові залежності струму накачування а) та результуючої інтенсивності випромінювання б)

 

Для зовнішньої модуляції оптичного випромінювання застосовуються спеціальні прилади – модулятори, в яких використовуються різноманітні ефекти взаємодії оптичного випромінювання з речовиною: електрооптичний (ефекти Поккельса та Керра), магнітооптичний (ефект Фарадея) та акустооптичний. Під дією електричного або магнітного полів середовище модулятора стає анізотропним. Характерною особливістю таких середовищ є залежність показника заломлення від напрямку розповсюдження хвилі. Це явище визначає також залежність фазової швидкості світла від властивостей середовища, в якому воно розповсюджується. Після проходження крізь анізотропне середовище плоскополяризований промінь перетворюється в два когерентних плоскополяризованих промені, що мають зрушення фаз світлових коливань, це призводить до модуляції фази світлової хвилі, модуляція фази надалі перетворюється в модуляцію інтенсивності