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 зв'язку 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. ............