Электропроводность твердых тел

использовать следующие виды модуляции:

– по интенсивности (МИ);

– частотную (ЧМ);

– фазовую (ФМ);

– поляризационную (ПМ).

Фактическим переносчиком данных в оптическом волокне является

 

оптическая несущая, излучаемая источником. Она и должна быть, в конечном

 

счете, промодулирована. Сделать это можно четырьмя способами:

− непосредственной модуляцией оптической несущей линейной кодовой

 

последовательностью (ЛКП);

− модуляцией несущей с использованием специального модулятора,

− сигнал которого и видоизменяется с помощью ЛКП;

− модуляцией с использованием промежуточной несущей, которая затем

непосредственно модулирует оптическую несущую;

− модуляцией с использованием поднесущей и модулятора.

 

Таким образом, различают модуляцию без поднесущей, когда модулируют

 

непосредственно параметры оптической несущей, и с поднесущей, когда сначала

 

модулируют промежуточное СВЧ колебание, которое затем модулирует

 

оптическую несущую.

 

Модуляция может быть внутренней и внешней.

 

 

 Непосредственная модуляция оптической несущей

 

Эта модуляция может быть осуществлена, например, путём

 

непосредственной модуляции тока накачки лазерного диода по типу «включено –

 

выключено» в соответствии с ЛКП.

 

Такая внутренняя модуляция интенсивности излучения ЛД током накачки

 

может производиться с высокой скоростью. Это достоинство определяется малым

временем жизни электронов ôп~10^-9 c в р-n^-переходе и соответственно

 

возможностью быстрого «включения» инверсной населённости. Переходная

 

характеристика многомодового лазера (рисунок 8) отражает процесс

установления стационарного режима

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 – Переходная характеристика многомодового лазера

 

 

При возбуждении лазера скачком тока I наблюдается задержка начала

^{генерации на время ô}з^{. Это время необходимо для возрастания плотности}

 

неравновесных носителей до порогового уровня. Оно определяется по формуле:

ôз⁼ôп^{·20lg[I/(I–I}п^)], (5)

 

где Iп – пороговый ток ЛД.

^{Естественно, что} ôз ^{можем быть уменьшено, если через лазер протекает ток}

 

смещения

ôз⁼ôп^{·20lg[I/(I–I}п^+Iсм^)] (6)

 

 

Быстрое включение инверсной населённости приводит к появлению

 

затухающих колебаний инверсной населённости, и как следствие, интенсивности

 

излучения, около их стационарных значений. Частота этих релаксационных

 

колебаний fрел , например, в идеальном одномодовом лазере описывается

приближённой формулой

 

^f pее ⁼ 

1

²ð ô пô ф 

 

( 

I

^I п 

− 1) ,                                  (7)

 

^где ôф^{≈10-12 с − время жизни фотона в резонаторе, определяемое потерями в}

 

нём.

Существенным  при наличии тока смещения является уменьшение амплитуды переходного процесса (штриховая линия).

 

Релаксационным колебаниям в переходной характеристике лазера

^{соответствует резонанс вблизи f}pез ^{на частотной характеристике .}

Таким образом, можно считать, что при импульсной модуляции током

 

накачки с длительностью

 

 

ô н ^>> ô пô ф

2.3 .Оптические  модуляторы

Оптические модуляторы применяются при внешней модуляции уже

 

сформированного светового луча.

 

Различают следующие типы модуляторов:

 

– акустооптические, использующие законы акустооптики;

 

– электрооптические, использующие законы электрооптики;

 

– электрооптические, использующие полупроводниковые усилители. 

Акустооптические модуляторы

 

Принцип действия акустооптического модулятора (АОМ) основан на

 

зависимости показателя преломления оптически прозрачных материалов(например, ниобата лития LiNbO3) от давления. Это давление может быть создано

акустическими (ультразвуковыми – УЗ) волнами, генерируемыми

 

пьезоэлектрическим преобразователем – пьезокристаллом (ПК). ПК наклеивают

 

на акустооптический материал для создания акустооптической ячейки (АОЯ),

 

являющейся основным элементом модулятора (рисунок 9). Акустическая волна

 

создаёт в оптической среде структуру с периодически изменяющимся

 

показателем преломления, играющую роль дифракционной решётки. Линии

 

равного показателя преломления (на рисунке 9 они показаны сплошными

^{горизонтальными линиями) отстоят на длину акустической волны λ}ав^{. Чтобы не}

было отражённой акустической волны применяют поглотитель.

 

 

 

 

 

Рисунок 9.-Схема прохождения  пучка света в АОМ.

 

При входе падающего пучка  в АОЯ в результате его взаимодействия с фронтом звуковой волны от ПК возникает дифракция света на ультразвуке,приводящая к расщеплению падающего пучка на проходящий и дефрагированный.Характер взаимодействия зависит от соотношения диаметра пучка δ , длины световой волны λ и угла падения θВ оптических модуляторахиспользуются условия возникновения дифракции Брэгга, т.е. когда выполняется соотношение:

     ^λав^{sinθ=mλ, (10)}

^где λав ^{играет роль постоянной решётки d;}

m – порядок дифракции (m=0,1,2,…);

λ – длина световой волны.

 

Для целей модуляции обычно используется дифрагированный свет, так как

 

полная (100%) модуляция проходящего света требует очень большой

 

акустической мощности. Модуляция создаётся амплитудно-модулированной

 

звуковой волной, взаимодействие с которой и модулирует интенсивность

 

дифрагированной волны, играющей роль выходной волны для модулятора.

 

Быстродействие модулятора определяется временем прохождения звукового

сигнала через поперечное сечение светового пучка и имеет порядок 10^-7с.

 

АОМ является достаточно простым и надёжным устройством, хотя и имеет

 

определённые недостатки, основные из них следующие:

 

– нелинейность характеристики преобразования;

 

– уменьшение реализуемой глубины модуляции с ростом частоты

 

модуляции, что ограничивает их использование в высокоскоростных

 

схемах;

 

– смещение частоты модулированного лазерного излучения на величину

 

акустической модулирующей частоты;

 

– невысокая эффективность дифракции, определяемая как отношение

 

интенсивностей дифрагированного и падающего пучков (её увеличение

 

достигается за счёт увеличения мощности акустического сигнала)

 

Метод внутренней модуляции оптической несущей имеет ряд существенных

 

недостатков:

 

– нелинейная зависимость мощности излучения от тока из-за

 

нелинейности ватт-амперной характеристики;

 

– оказывает влияние на спектр излучения лазера и амплитуды отдельных

 

мод резонатора;

 

– не позволяет в полной мере использовать другие более прогрессивные

 

методы кодирования, основанные на модуляции амплитуды и фазы,

 

применяемые в специальных модуляторах;

 

– не удобен для систем с оптическим мультиплексированием с

 

разделением по длинам волн (МДВ), где несколько источников

 

модулирующих сигналов одновременно используются для передачи

 

информации по одной несущей.