Модуляція оптичного випромінювання
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Модуляція оптичного випромінювання
Управління випромінюванням - головна проблема, що виникає при освоєнні нового діапазону спектра електромагнітних коливань.
Модуляція світла зміна його параметрів ( амплітуди, довжини хвилі, фази), можлива також зміна поляризації, напрямку розповсюдження, розподілу лазерних мод і т. ін.) в залежності від управляючого (модулюючого) сигналу. У техніці волоконно-оптичного звязку модулюючий сигнал є електричним, але він може бути також акустичним, механічним і навіть оптичним.
Прилади, які здійснюють управління оптичним випромінюванням у відповідності з параметрами сигналу, що передається, називаються модуляторами. Можливість використання принципових переваг оптичного діапазону багато в чому залежить від наявності достатньо ефективних та порівняно нескладних схем модуляції.
Для видимого та ближнього інфрачервоного оптичного діапазону (1-8)1014 Гц принципово можливі смуги частот модуляції, які дорівнюють 1011-1012 Гц.
До модуляторів оптичного діапазону ставляться такі вимоги:
- широкосмуговість, що забезпечує необхідну інформаційну ємність;
- лінійність модуляційної характеристики;
- великий динамічний діапазон;
- достатня глибина модуляції світла;
- простота реалізації;
- мінімальна маса та габарити;
- висока ефективність, економічність, низька вартість;
-експлуатаційна надійність (стабільність параметрів при зміні температури, тиску, вологості навколишнього середовища).
Існує два основних засоби модуляції оптичного випромінювання. Перший з них заснований на використанні джерела, в якому здійснюється процес модуляції. Модуляція випромінювання у цьому випадку 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 його виході. Така модуляція називається зовнішньою.
На рис. 1 наведені схеми внутрішньої і зовнішньої модуляції.
Вибір того або іншого засобу модуляції залежить від типу випромінювача та від необхідної смуги частот модулюючого сигналу. В системах, що використовують світловипромінюючі діоди (СД) та лазерні діоди (ЛД) застосовується внутрішня модуляція. В системах, що використовують інші типи лазерів (це системи з атмосферним оптичним каналом), змінювати з великою швидкістю енергію накачування складно, тому в цьому випадку застосовується зовнішня модуляція.
ДУС джерело управляючого сигналу; ГСН генератор струму накачування; ДОВ джерело оптичного випромінювання; ОМ оптичний модулятор.
Рисунок 1 Схеми внутрішньої (а) та зовнішньої (б) модуляції оптичного випромінювання
Досліджуються питання застосування зовнішньої модуляції у ВОСП наступних поколінь, в яких будуть застосовуватися різноманітні оптоелектронні схеми.
У загальному випадку внутрішня модуляція, яка заснована на зміні потужності накачування, 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. При внутрішній модуляції потужність, що випромінюється, логічно регулювати від мінімальних значень до максимальних у відповідності з управляючим сигналом. У цьому випадку струм накачування змінюється у відповідності з управляючим (модулюючим) сигналом, що призводить до еквівалентної зміни інтенсивності (потужності) оптичного випромінювання. Цей вид модуляції простий, не вносить втрат в оптичний лінійний тракт, не вимагає складних приладів, він особливо важливий, бо застосовується не тільки до когерентного, але й до некогерентного випромінювання. Модулюючими можуть бути як аналогові сигнали з різноманітними видами модуляції електричної піднесучої, так і цифрові. Найпростішим видом модуляції є аналогова модуляція інтенсивності. Частотна модуляція електричної піднесучої з наступною модуляцією потужності оптичного випромінювання збільшує відношення сигнал/шум, але вимагає більшої смуги частот в лінії, що не є обмежуючим чинником для ВОСП. Можливості амплітудної модуляції оптичного випромінювання обмежені нелінійністю ват-амперної характеристики випромінювача. Ефективними є різноманітні види імпульсної модуляції: широтно-імпульсна (ШІМ), частотно-імпульсна (ЧІМ), позиційно-імпульсна (ПІМ), що називається також фазоімпульсною (ФІМ), інтервально-імпульсна модуляція (ІІМ), імпульсно-кодова та деякі інші.
Для амплітудної модуляції застосовуються неімпульсні випромінювачі: світлодіоди та лазерні діоди безперервної дії. Для імпульсних видів модуляції в основному застосовуються імпульсні ЛД.
При імпульсних видах модуляції випроміювання напівпровідникових лазерів в умовах кімнатної температури відбувається розігрів p-n переходу, що веде до збільшення порогового струму, зменшення вихідної потужності, деякого розширення спектра випромінювання. Ці явища обмежують швидкість передачі системи. Для попередження розігріву p-n переходу ЛД вміщують в мікроохолоджувач.
Окрім модуляції інтенсивності, можливі частотна та фазова модуляція оптичного випромінювання. Частоту лазера можна змінювати, використовуючи її залежність