3.6 Модуляция оптических колебаний
Модуляцией называют изменение параметров оптической несущей в зависимости от изменений исходного (модулирующего) сигнала С(t).
Демодуляцией называют процесс восстановления исходного сигнала из модулированного колебания.
В ВОСП чаще всего используют два вида модуляции: прямую модуляцию и внешнюю модуляцию.
Рисунок 3.19 –Прямая модуляция
При прямой модуляции модулирующий сигнал управляет интенсивностью оптической несущей за счёт изменения тока накачки. В результате мощность излучения изменяется по закону изменения модулирующего сигнала.
Рисунок 3.20 –Внешняя модуляция
При внешней модуляции для изменения параметров несущей используют модуляторы, выполненные из материалов, показатель преломления которых зависит от воздействия либо электрического, либо магнитного, либо акустического полей. Изменяя исходными сигналами параметры этих полей можно модулировать параметры оптической несущей.
3.6.1 Прямая модуляция со смещением
При прямой модуляции СИД или ППЛ за счёт изменения тока накачки изменяется мощность оптического сигнала на выходе излучателя, излучение выходит импульсами.
Рисунок 3.21 – Прямая модуляция со смещением
Для реализации прямой модуляции интенсивности необходимо подать постоянное смещение (рисунок 3.21), которое позволяет получить линейный процесс. При этом выбирается линейный участок ваттамперной характеристики излучателя, чтобы избежать возникновение нелинейных. искажений.
Рисунок 3.22 – Эквивалентная схема модулятора с СИД
На рисунке 3.22 представлена эквивалентная электрическая схема модулятора с СИД, где:
C1 – ёмкость между электродами СИД;
L1 – индуктивность выводов СИД;
R1 – потери на безизлучательные рекомбинации;
C2(u) – ёмкость p-n перехода;
R2(u) – сопротивление открытого p-n перехода.
Рисунок 3.23 – Временные диаграммы работы СИД
Если ток накачки Iн изменяется по импульсному закону, то входящий скачок тока заряжает ёмкость С2 за время τз. После заряда конденсатора до напряжения Um (рис.37) происходит рекомбинация, то есть излучение начнётся спустя время τе. Время τз + τe называют временем включения СИД, или его быстродействием.
τe - задержки на рекомбинацию, определяемые временем жизни электрона ≈ 1÷10 нс. Для уменьшения времени τз на СИД подают смещение, близкое к контактной разности потенциалов. Для получения узких световых импульсов необходимо, чтобы импульсы тока накачки не растягивались во времени за счёт паразитных ёмкостей С1 и индуктивности L1. Чтобы их уменьшить выводы СИД делают короткими, а выходное сопротивление источника модулирующих сигналов согласуют с низким Rвх СИД. Недостаточное быстродействие СИД ограничивает полосу частот модуляции частотой 100 МГц.
3.6.2 Простейшая схема, применяемая для прямой модуляции сид
Простейшая схема прямой модуляции светодиода представлена на рисунке 3.24. Ток от источника информационного сигнала управляет состоянием СИД.
Рисунок 3.24– Простейшая схема прямой модуляции СИД
Такая схема требует больших токов включения источника сигнала. В схеме сложно выполнить предварительное смещение, из-за чего могут возникать большие искажения информационного сигнала.