Принципи модуляції в оптичних лініях зв’язку

Під модуляцією лазерного випромінювання розуміють вплив інформаційного сигналу на випромінювання лазера, який полягає у зміні показника заломлення оптичного середовища, зміні добротності резонатора, розщепленні чи зсуві робочих рівнів енергії атомів, молекул, кристалів.

За місцем розташування модулятори оптичних коливань поділяються на позарезонаторні (зовнішні; модулюють сформований пучок лазерного випромінювання) та внутрішньорезонаторні (внутрішні; модулюють лазерне випромінювання в процесі його генерації).

В оптичних системах передачі інформації використовуються гармонічні, імпульсні та цифрові методи модуляції. Гармонічні та імпульсні види модуляції можуть бути неперервними та дискретними в залежності від характеру інформаційного сигналу.

Гармонічні види модуляції

Гармонічні види модуляції характеризуються тим, що пропорційно амплітуді інформаційного сигналу змінюються:

• амплітуда електричного поля несучої при амплітудній модуляції (АМ);

• миттєва частота коливання несучої при частотній модуляції (ЧМ);

• поточна фаза оптичного коливання при фазовій модуляції (ФМ);

• інтенсивність коливань несучої частоти при модуляції по інтенсивності (МІ).

Гармонічна поляризаційна модуляція (ПМ) буває двох типів: лінійна та кругова (циркулярна). В першому випадку амплітуді інформаційного сигналу пропорційний кут вектора поляризації лінійно поляризованого коливання відносно опорного напряму, а в другому – відношення інтенсивностей несучого коливання правого та лівого поляризованих станів.

Імпульсні види модуляції

До імпульсних методів модуляції належать: амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ), частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ), імпульсна модуляція по інтенсивності (ІМІ), широтно-імпульсна модуляція (ШИМ), позиційно- (фазо-)імпульсна модуляція (ПІМ (ФІМ)) та лічильно-імпульсна модуляція (ЛІМ).

При АІМ амплітуда імпульсів електричного поля оптичної частоти пропорційна відліку амплітуди інформаційного сигналу.

ЧІМ характеризується тим, що частота несучої оптичних імпульсів пропорційна відліку амплітуди інформаційного сигналу.

ІМІ аналогічна АІМ, проте замість амплітуди оптичного сигналу змінюється його інтенсивність.

ШИМ характеризується зміною довжини імпульсів у відповідності з відліками амплітуди інформаційного сигналу.

ПІМ (ФІМ) характеризується затримкою у часі сигнального оптичного імпульса відносно опорного імпульса. При цьому часова затримка пропорційна відліку амплітуди інформаційного сигналу.

При ЛІМ число коротких оптичних імпульсів, що вкладаються в одиничний часовий інтервал, пропорційне амплітуді інформаційного сигналу.

Цифрові методи модуляції

В оптичних системах передачі інформації застосовуються такі цифрові методи модуляції: ІКМ-АМ (ІКМ-МІ) – імпульсно-кодова модуляція амплітуди (інтенсивності); ІКМ-ЧМ – імпульсно-кодова частотна модуляція; ІКМ-ФМ – імпульсно-кодова фазова модуляція; ІКМ-ПМ – імпульсно-кодова поляризаційна модуляція.

При ІКМ-АМ (ІКМ-МІ) амплітуда (інтенсивність) оптичного коливання максимальна при передачі двійкової одиниці і мінімальна при передачі двійкового нуля.

При ІКМ-ЧМ дискретний зсув частоти несучого оптичного коливання змінює своє значення у відповідності з відліком амплітуди інформаційного сигналу.

При ІКМ-ФМ фаза несучого оптичного коливання маніпулюється відносно опорної фази на фазовий кут, рівний 0 чи  радіан, у відповідності з 1 чи 0 двійкового коду, котрий представляє амплітуду інформаційного сигналу.

ІКМ-ПМ може бути двох видів: лінійно-ортогональною та циркулярно-ортогональною. При лінійно-ортогональній ІКМ-ПМ одиниці в кодовій комбінації відповідає вертикальна поляризація коливання оптичної частоти, а нулю – горизонтальна. При циркулярно-ортогональній – одиниці відповідає права кругова поляризація несучого коливання, а нулю – ліва.