6.2.2. Компоненты радиооптической системы с открытым каналом

Рассмотрим компоненты оптической системы. Оптический передатчик (передающий модуль) содержит источник оптического излучения, модулятор и оптическую антенну. Источником излучения может быть лазер, лазерный диод или светодиод. Наибольшую мощность излучения создает лазер (до нескольких ватт), на втором месте –лазерный диод (до 20 мВт) и на третьем –светодиод (до 2 мВт).

Модулятор осуществляет ввод информационного сигнала в оптический канал. Есть два способа модуляции:

 непосредственная модуляция несущей оптического поля,

 модуляция электрическим сигналом поднесущей частоты, затем модуляция этим сигналом интенсивности несущей.

Используется частотная, фазовая, амплитудная, поляризационная модуляция. Современные модуляторы позволяют передавать информацию в полосе 200 МГц (10⁸ Гц ). Для ближнего ИК и видимого диапазонов возможна полоса 10¹¹–10¹² Гц, т.о. есть запас 3…4 порядка. Модуляторы должны обладать широкополосностью, обеспечивающей необходимую информационную ёмкость тракта передачи, линейной модуляционной характеристикой, большим динамическим диапазоном, простотой реализации, высокой эффективностью, малой величиной диссипации (потерь) энергии, эксплуатационной надёжностью.

Модуляция может быть внутренней (воздействие на процесс генерации излучения) или внешней (воздействие на сформированный пучок излучения).

Внутренняя модуляция экономичнее внешней, т.к. излучаемую мощность можно регулировать от малых значений до максимальных по закону передаваемого сообщения. закону передаваемого сообщения гасится полную световую мощность. При внешней модуляции модулируют полную световую мощность, получаемую от источника и при модуляции большая её часть гасится.

Внутренняя модуляция применяется при работе с полупроводниковым лазером (лазерным диодом (ЛД)) и светоизлучающим диодом (СИД). Скорость передачи при использовании СИД ограничивается 100 Мбит/с, при цифровой передаче; при использовании лазерного диода (ЛД) скорость передачи достигает нескольких Гбит/с.

У газовых и объёмных твёрдотельных лазеров трудно изменять энергию накачки с большой частотой. Поэтому для них используют только внешнюю модуляцию.

В системах с непрерывными источниками излучения используют амплитудную модуляцию (АМ), в системах, работающих в импульсном режиме, используют частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ). В этом случае, отношение сигнал/шум лучше, чем при АМ.

Внешняя модуляция, а также преобразование и обработка информации осуществляется через пространственное взаимодействие поля излучения с другими волнами – акустическими, магнитостатическими, спиновыми и электромагнитными волнами других диапазонов. Это взаимодействие реализуется в основном в твёрдых телах: диэлектриках (кристаллических и аморфных) и полупроводниках.

При этом используются следующие физические эффекты: эффект Поккельса (линейный электростатический), эффект Керра (квадратичный), эффект Фарадея (магнитооптический), термооптический и акустооптический эффекты, эффект Франца-Келдыша (сдвиг края полосы поглощения в полупроводниках), фоторефракция.

При решении практических задач необходимо учитывать, что при распространении оптического излучения через среду с изменяющимися параметрами, изменяются амплитуда, фаза, поляризация, частота, направление распространения, степень расходимости луча.