Модуляция излучения источников электромагнитных волн оптического диапазона

Вопросы:

1. Что такое модуляция?

Ответ: Сигналы, поступающие от источников сообщений, как правило не могут быть непосредственно переданы по каналу радиодиапазона или оптического диапазона частот. Чтобы осуществить эффективную передачу сигналов в какой-либо среде, необходимо перенести спектр сигналов из низкочастотной области в область высоких частот. Такая процедура переноса спектра из низких частот в область высоких частот называется модуляцией.

2. В чём состоит принципиальное отличие прямой и внешней модуляций оптического излучения?

Ответ: Внешняя модуляция основана на изменении параметров излучения (интенсивности, поляризации) при прохождении светового луча через какую-либо среду.

Прямая модуляция, иногда называемая непосредственной, предполагает воздействие модулирующего сигнала на источник оптического излучения. Выходное излучение полупроводникового светодиода или лазера можно непосредственно модулировать изменением характеристики активного слоя (тока накачки, объёма резонатора лазера) так, чтобы получить модуляцию мощности излучения или оптической частоты, или импульсную модуляцию.

4. Почему полоса частот при прямой модуляции ограничена?

Ответ: Прямая модуляция отличается относительной простотой и реализуемостью в интегральных схемах, что труднодостижимо для внешней модуляции. Однако, применение прямой модуляции имеет частотный предел около 5 ГГц. Это обусловлено конечным временем жизни носителей зарядов и фотонов в средах преобразования.

5. Почему происходит искажение сигналов при прямой модуляции?

Ответ: При модуляции интенсивности выбирается линейный участок ваттамперной характеристики излучателя. Достижимой является величина М до 90%, однако при этом начинают проявляться нелинейные искажения. Нелинейные искажения приводят при модуляции к искажению формы сигнала и изменению его спектра.

7. Какие виды внешней модуляции оптического излучения применяются в системах передач?

Ответ: Электрооптическая модуляция – может происходить на основе линейного (эффект Поккельса) и нелинейного (эффект Керра) изменения коэффициента преломления физической среды. Линейная модуляция света может происходить в кристаллах LiNbO3 и ряда других. Нелинейная модуляция может происходить в глицерине, сероуглероде.

Электроабсорбционная модуляция - в данном виде модуляции используется эффект Франца- Келдыша. При подаче сильного электрического поля граница полосы собственного поглощения в полупроводнике смещается в длинноволновую область оптического излучения.

Акустооптическая модуляция – основу составляет акустооптический эффект. Это явление дифракции, преломления, отражения и рассеяния света на периодических неоднородностях среды, вызванных упругими деформациями при прохождении ультразвука. Для изготовления акустооптических модуляторов используют кристаллы TeO2.

Задача 3:

Построить зависимость выходной мощности источника оптического излучения от величины электротока, протекающего через него. Для заданных тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов определить графически изменение выходной модуляционной модуляционной мощности и определить глубину модуляции. По построенной характеристике указать вид источника.

Решение:

Таблица для построения зависимости:

Дано:

Ток смещения I=19 мА; Амплитуда тока модуляции Im=9 мА.

Зависимость представлена на рис.1.

Для определения глубины модуляции воспользуемся соотношением:

;

где Imax=28 мА;

Imin=10 мА.

;

Исходя из графика зависимости определим изменение выходной мощности:

Pmax=370 мкВт; Pmin=30 мкВт.

По построенной характеристики видно, что это лазерный источник излучения.

Рис.1 Зависимость выходной мощности излучения от вел-ны электротока.