Για να επιτευχθείοπτικών ινώνεπικοινωνίας, το πρώτο πρόβλημα που πρέπει να λυθεί είναι πώς να φορτωθεί το ηλεκτρικό σήμα στη δέσμη φωτός που εκπέμπεται από την πηγή φωτός, η οποία απαιτεί οπτική διαμόρφωση. Με βάση τη σχέση μεταξύ της διαμόρφωσης και της πηγής φωτός, η οπτική διαμόρφωση μπορεί να χωριστεί σε δύο κύριες κατηγορίες: άμεση διαμόρφωση (εσωτερική διαμόρφωση) και έμμεση διαμόρφωση (εξωτερική διαμόρφωση).
Άμεση διαμόρφωση της φωτεινής πηγής
Η άμεση διαμόρφωση περιλαμβάνει την απευθείας έγχυση ενός ηλεκτρικού σήματος στην πηγή φωτός, τη μετατροπή των πληροφοριών που θα μεταδοθούν σε σήμα ισχύος και την έγχυσή τους σε δίοδο λέιζερ (LD) ή δίοδο εκπομπής φωτός (LED) για να ληφθεί το αντίστοιχο οπτικό σήμα. Αυτό προκαλεί τη μεταβολή της έντασης του σήματος οπτικού φορέα εξόδου ανάλογα με το σήμα διαμόρφωσης και είναι επίσης γνωστή ως εσωτερική διαμόρφωση. Αυτή η μέθοδος στην πραγματικότητα διαμορφώνει τη φωτεινή ένταση της φωτεινής πηγής, επομένως είναι ένας τύπος διαμόρφωσης οπτικής έντασης (IM). Το διάγραμμα απεικονίζει την αρχή της ψηφιακής διαμόρφωσης άμεσης έντασης φωτός. Αν και η άμεση διαμόρφωση πάσχει από τρεμούλιασμα μήκους κύματος (συχνότητας), έχει πλεονεκτήματα όπως απλότητα, χαμηλή απώλεια και χαμηλό κόστος, καθιστώντας την μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο διαμόρφωσης σε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών.
Έμμεση διαμόρφωση της φωτεινής πηγής
Το πλεονέκτημα της εσωτερικής διαμόρφωσης της πηγής φωτός είναι ότι το κύκλωμα είναι απλό και εύκολο στην υλοποίηση. Ωστόσο, η χρήση αυτής της μεθόδου διαμόρφωσης σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων θα υποβαθμίσει την απόδοση της πηγής φωτός, όπως η διεύρυνση των δυναμικών φασματικών γραμμών, η αύξηση της διασποράς κατά τη μετάδοση και επομένως η διεύρυνση της κυματομορφής παλμού που μεταδίδεται στην οπτική ίνα, η οποία τελικά περιορίζει την ικανότητα μετάδοσης της οπτικής ίνας. Επομένως, σε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών με ρυθμιζόμενη άμεση-διαμόρφωση υψηλής-ταχύτητας ή σε συστήματα επικοινωνίας ετεροδύνων οπτικών ινών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί έμμεση διαμόρφωση της πηγής φωτός.
Η έμμεση διαμόρφωση δεν διαμορφώνει άμεσα την πηγή φωτός, αλλά χρησιμοποιεί τις ηλεκτρο-οπτικές, μαγνητο-οπτικές και ακουστικές-οπτικές ιδιότητες ενός κρυστάλλου για τη διαμόρφωση του οπτικού φορέα που εκπέμπεται από τη δίοδο λέιζερ (LD). Αυτό σημαίνει ότι η τάση διαμόρφωσης εφαρμόζεται μετά την εκπομπή του φωτός, προκαλώντας τη διαμόρφωση του οπτικού φορέα από τον διαμορφωτή. Αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης είναι επίσης γνωστή ως εξωτερική διαμόρφωση. Η δομή ενός έμμεσα διαμορφωμένου λέιζερ φαίνεται στο σχήμα.
Οι επί του παρόντος διαθέσιμες μέθοδοι εξωτερικής διαμόρφωσης περιλαμβάνουν ηλεκτρο-οπτική διαμόρφωση, ακουστική-οπτική διαμόρφωση και μαγνητο-οπτική διαμόρφωση.
- (1) Ηλεκτρο-οπτική διαμόρφωση: Η βασική αρχή λειτουργίας της ηλεκτρο-οπτικής διαμόρφωσης είναι η γραμμική ηλεκτρο-οπτική επίδραση των κρυστάλλων. Το ηλεκτρο-οπτικό φαινόμενο αναφέρεται στο φαινόμενο που προκαλεί αλλαγή στον δείκτη διάθλασης ενός κρυστάλλου. Οι κρύσταλλοι που μπορούν να παράγουν το ηλεκτρο-οπτικό φαινόμενο ονομάζονται ηλεκτρο-οπτικοί κρύσταλλοι. Οι ηλεκτρο{10}}διαμορφωτές οπτικού πεδίου μπορεί να είναι ηλεκτρο-διαμορφωτές οπτικής έντασης, ηλεκτρο-διαμορφωτές οπτικής συχνότητας ή ηλεκτρο-διαμορφωτές οπτικής φάσης (δηλ. ηλεκτρο-διαμόρφωση οπτικής φάσης).
- (2) Acousto-οπτική διαμόρφωση: Οι οπτικοί διαμορφωτές Acousto-κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας το ακουστικό-οπτικό εφέ ενός μέσου. Η αρχή λειτουργίας τους είναι η εξής: όταν το διαμορφούμενο ηλεκτρικό σήμα αλλάζει, ο πιεζοηλεκτρικός κρύσταλλος δημιουργεί μηχανικούς κραδασμούς λόγω του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου, σχηματίζοντας ένα υπερηχητικό κύμα. Αυτό το ηχητικό κύμα προκαλεί αλλαγή στην πυκνότητα του μέσου, το οποίο με τη σειρά του αλλάζει τον δείκτη διάθλασης, σχηματίζοντας έτσι ένα μεταβαλλόμενο πλέγμα. Λόγω της αλλαγής στο πλέγμα, η ένταση του φωτός αλλάζει ανάλογα, με αποτέλεσμα τη διαμόρφωση του φωτεινού κύματος.
- (3) Οπτική διαμόρφωση Magneto{{1}: Οπτική διαμόρφωση Magneto-είναι ένας τύπος εξωτερικής οπτικής διαμόρφωσης που λαμβάνεται χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Faraday. Το σήμα προσπίπτοντος φωτός διέρχεται από έναν πολωτή, καθιστώντας το προσπίπτον φως πολωμένο. Όταν αυτό το πολωμένο φως διέρχεται από μια μαγνητική ράβδο YIG (γρανάτης υττρίου), η κατεύθυνση πόλωσής του αλλάζει με το σήμα διαμόρφωσης που εφαρμόζεται στο πηνίο που τυλίγεται γύρω του. Όταν η κατεύθυνση πόλωσης είναι ίδια με αυτή του επόμενου αναλυτή, η ένταση του φωτός εξόδου είναι αρκετά μεγάλη. όταν η κατεύθυνση πόλωσης είναι κάθετη προς την κατεύθυνση του αναλυτή, η ένταση του φωτός εξόδου είναι ελάχιστη. Αυτό προκαλεί την αλλαγή της έντασης του φωτός εξόδου με το σήμα διαμόρφωσης, επιτυγχάνοντας έτσι την εξωτερική διαμόρφωση του φωτός.
Τα συστήματα εξωτερικής διαμόρφωσης είναι σχετικά πολύπλοκα, έχουν υψηλή αναλογία απόσβεσης (μεγαλύτερη από 13), υψηλή απώλεια εισαγωγής (συνήθως 5{3}}6 dB), υψηλή τάση οδήγησης (5V), είναι δύσκολο να ενσωματωθούν με πηγές φωτός, είναι ευαίσθητα στην πόλωση-και έχουν υψηλές απώλειες και υψηλό κόστος. Ωστόσο, έχουν στενό φασματικό εύρος γραμμής και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα μετάδοσης υψηλής-ταχύτητας και υψηλής χωρητικότητας 2,5 Gbit/s ή άνω, με αποστάσεις μετάδοσης άνω των 300 km.
Χαρακτηριστικά διαμόρφωσης
(1) Φαινόμενα ταλάντωσης ηλεκτρο-οπτικής καθυστέρησης και χαλάρωσης: Κάτω από διαμόρφωση παλμού υψηλής-ταχύτητας, η μεταβατική κυματομορφή απόκρισης του οπτικού παλμού εξόδου ενός λέιζερ φαίνεται στο σχήμα. Υπάρχει ένας αρχικός χρόνος καθυστέρησης μεταξύ του οπτικού παλμού εξόδου και του παλμού εγχυόμενου ρεύματος, που ονομάζεται χρόνος ηλεκτρο-οπτικής καθυστέρησης (td), το οποίο είναι γενικά της τάξης των νανοδευτερόλεπτων. Αφού εγχυθεί ο παλμός ρεύματος στο λέιζερ, ο οπτικός παλμός εξόδου θα παρουσιάσει ταλαντώσεις με σταδιακά μειούμενο πλάτος, που ονομάζονται ταλαντώσεις χαλάρωσης. Η συνέπεια των ταλαντώσεων χαλάρωσης και της ηλεκτρο-οπτικής καθυστέρησης είναι ο περιορισμός του ρυθμού διαμόρφωσης.
(2) Εφέ μοτίβου κώδικα: Για να δημιουργήσετε ένα εφέ μοτίβου κώδικα, όπως φαίνεται στο σχήμα, όταν ο χρόνος ηλεκτρο-οπτικής καθυστέρησης είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με τη διάρκεια συμβόλου T/2 της ψηφιακής διαμόρφωσης, θα προκαλέσει το πλάτος παλμού του πρώτου bit "1" μετά από μια ακολουθία bit "0" να περιοριστεί και το πλάτος του να μειωθεί. Σε σοβαρές περιπτώσεις, ένα μόνο bit "1" μπορεί να χαθεί. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο μοτίβου κώδικα, όπως φαίνεται στα σχήματα α και β. Σε δύο διαδοχικά bit "1", πριν από την άφιξη του πρώτου παλμού, υπάρχει μια μεγάλη ακολουθία "0" bit. Λόγω του μεγάλου χρόνου ηλεκτρο{12}}οπτικής καθυστέρησης και της επίδρασης του χρόνου ανόδου του οπτικού παλμού, ο παλμός γίνεται μικρότερος. Όταν φτάσει ο δεύτερος παλμός, επειδή ο ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων του πρώτου παλμού δεν έχει εξαφανιστεί εντελώς, η πυκνότητα ηλεκτρονίων στην ενεργή περιοχή είναι υψηλότερη, επομένως ο χρόνος ηλεκτρο{14}}οπτικής καθυστέρησης είναι μικρότερος και ο παλμός είναι μεγαλύτερος. Το φαινόμενο του μοτίβου κώδικα μπορεί να εξαλειφθεί χρησιμοποιώντας μια κατάλληλη μέθοδο αντιστάθμισης "υπερ{-διαμόρφωσης", όπως φαίνεται στο Σχήμα γ.
Αυτό-φαινόμενο παλμών
Σε ορισμένα λέιζερ, υπό παλμική διαμόρφωση ή ακόμα και οδήγηση συνεχούς ρεύματος, όταν το ρεύμα έγχυσης φτάσει σε ένα συγκεκριμένο εύρος, ο παλμός φωτός εξόδου εμφανίζει σταθερές, σταθερές-υψηλού πλάτους-ταλαντώσεις συχνότητας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτο-παλμός, όπως φαίνεται στο σχήμα. Η αυτο-συχνότητα παλμών μπορεί να φτάσει τα 2 GHz, γεγονός που επηρεάζει σοβαρά τα χαρακτηριστικά διαμόρφωσης υψηλής-ταχύτητας της διόδου λέιζερ (LD).
